УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ УГЛА ОПЕРЕЖЕНИЯ ВПРЫСКА ТОПЛИВА В ДВИГАТЕЛЕ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F02M59/20 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к устройствам для регулирования угла опережения впрыска топлива.

Известны устройства для автоматического регулирования угла опережения впрыска топлива, представляющие собой механические или гидравлические муфты [1]
Указанные устройства для автоматического регулирования угла опережения впрыска топлива работают недостаточно эффективно и имеют сложную конструкцию.

Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому является устройство автоматического регулирования угла опережения впрыска топлива в двигателе внутреннего сгорания, содержащее топливный насос высокого давления, привод топливного насоса высокого давления, включающий хотя бы одну шестерню, и терморегулятор [2]
Недостатки указанного устройства заключаются в недостаточной эффективности регулирования угла опережения впрыска топлива, сложности и недостаточной надежности конструкции устройства.

Целью изобретения является устранение отмеченных недостатков в разработанной конструкции устройства для автоматического регулирования угла опережения впрыска топлива.

Цель достигается тем, что в устройстве для автоматического регулирования угла опережения впрыска топлива, содержащем топливный насос высокого давления, привод топливного насоса высокого давления, включающий хотя бы одну пару шестерен; и терморегулятор, согласно изобретению, терморегулятор содержит по меньшей мере один элемент, выполненный из металла с памятью формы (в дальнейшем для краткости ЭМПФ), снабженный устройством для изменения его температуры (в дальнейшем УИТ): ЭПМФ терморегулятора размещен между двумя наконечниками, один из которых закреплен на неподвижной опоре, например, на корпусе двигателя, а второй соединен с корпусом насоса высокого давления, выполненного с возможностью поворота относительно оси кулачкового вала; устройство может дополнительно содержать набор прокладок, размещенных между неподвижной опорой, например, корпусом двигателя, и наконечником терморегулятора, при этом по меньшей мере одна прокладка выполнена из металла с памятью формы и по меньшей мере одна прокладка выполнена из теплоизолирующего материала; один из наконечников может быть соединен с корпусом топливного насоса реечной передачей, которая может включать набор промежуточных шестерен; ЭМПФ может быть размещен в разрезе приводного вала топливных насосов или в разрезе вала по меньшей мере одной из шестерен привода топливного насоса; терморегулятор может содержать несколько ЭМПФ с различными температурами изменения геометрической формы; устройство может дополнительно содержать возвратный механизм, например пружину; УИТ может быть выполнено в виде электрического нагревателя, который может размещаться снаружи ЭМПФ и быть отделенным от последнего слоем электроизоляции, либо внутри ЭМПФ, который выполняется полым; электрический нагреватель и ЭМПФ терморегулятора могут быть помещены в термостат, снабженный датчиком температуры, при этом нагреватель и датчик температуры связаны с датчиками основных параметров работы двигателя (температуры, частоты оборотов, нагрузки и пр.) через управляющее устройство; термостат может быть заполнен средой с низкой теплоемкостью; УИТ может быть выполнено в виде герметичного кожуха с вводом и выводом, которые могут подключаться к системе смазки, охлаждения, наддува, выпуска или вентиляции картера двигателя; внутри ЭМПФ может быть выполнен по меньшей мере один канал с вводом и выводом, который может подключаться к системе смазки, охлаждения, наддува, выпуска или вентиляции картера двигателя.

Размещение в терморегуляторе по меньшей мере одного элемента, выполненного из металла с памятью формы, снабженного УИТ, размещение ЭМФП терморегулятора между двумя наконечниками, один из которых закреплен на неподвижной опоре, например на корпусе двигателя, а второй соединен с корпусом насоса высокого давления, выполненного с возможностью поворота относительно оси кулачкового вала, размещение между неподвижной опорой, например, корпусом двигателя, и наконечником терморегулятора набора прокладок, по меньшей мере, одна из которых выполнена из металла с памятью формы, и по меньшей мере одна из которых выполнена из теплоизолирующего материала, соединение одного из наконечников с корпусом топливного насоса реечной передачей, соединение одного из наконечников с корпусом топливного насоса реечной передачей через набор промежуточных шестерен, размещение ЭМПФ в разрезе приводного вала топливных насосов или в разрезе вала по меньшей мере одной из шестерен привода топливного насоса, размещение в терморегуляторе нескольких ЭМПФ с различными температурами изменения геометрической формы, размещение в устройстве возвратного механизма, например пружины, выполнение УИТ в виде электрического нагревателя, размещенного снаружи ЭМПФ и отделенного от последнего слоем электроизоляции, выполнение УИТ в виде электрического нагревателя, размещенного внутри ЭМПФ и отделенного от последнего слоем электроизоляции, и выполнение при этом ЭМПФ полым, помещение электрического нагревателя и ЭМПФ в термостат, снабженный датчиком температуры, и связывание при этом нагревателя и датчика температуры с датчиками основных параметров двигателя (температуры, частоты оборотов, нагрузки и пр) через управляющее устройство, заполнение термостата средой с низкой теплоемкостью, выполнение УИТ в виде герметичного кожуха с вводом и выводом, подключенными к системе смазки, охлаждения, наддува, выпуска или вентиляции картера двигателя, выполнение УИТ в виде размещенного внутри ЭМПФ по меньшей мере одного канала с вводом и выводом, подключенными к системе смазки, охлаждения, наддува, выпуска или вентиляции картера двигателя эти признаки определяют новизну данного технического решения.

На фиг.1-5 изображены различные варианты устройства для автоматического регулирования угла опережения впрыска топлива в двигателе внутреннего сгорания согласно формуле изобретения.

Отличительной частью каждой конструкции является терморегулятор, включающий ЭМПФ и устройство для изменения температуры (УИТ) ЭМПФ.

Устройство автоматического регулирования угла опережения впрыска топлива в двигателе внутреннего сгорания (фиг.1) содержит корпус топливного насоса высокого давления 1, установленный на подшипниках скольжения 2, наконечники 3 и 4, жестко связанный с ним (например, сваркой) элемент из металла с памятью формы 5, а также набор прокладок 6, уставленный между корпусом двигателя 7 и опорой 8. Наконечники 3 и 4 шарнирно закреплены в опорах 8 и 9. УИТ включает канал 10, выполненный внутри ЭМПФ 5, с вводом 11 и выводом 12, подключенными к системе охлаждения двигателя.

В устройстве по фиг.2 наконечник 3 закреплен в опоре 8, а наконечник 4 выполнен в виде зубчатой рейки 12, которая входит в зацепление с размещенным на корпусе насоса 1 зубчатым сектором 14. УИТ включает размещенный снаружи ЭМПФ 5 электрический нагреватель 15, отделенный от ЭМПФ 5 электроизоляцией 16. Возвратный механизм выполнен в виде пружины 17, закрепленной на корпусе насоса 1 и на корпусе двигателя 7 в проушинах 18. Остальные позиции соответствуют позициям фиг.1.

В устройстве по фиг.3 наконечник 4, выполненный в виде зубчатой рейки 13, входит в зацепление с зубчатым колесом 19. На корпусе насоса 1 в опоре 9 шарнирно закреплена зубчатая рейка 20, входящая в зацепление с зубчатым колесом 21. Колеса 19 и 21 неподвижно посажены на одном валу. УИТ включает электрический нагреватель 15, размещенный во внутренней полости 10 ЭМПФ 5 и отделенный от последнего слоем электроизоляции 16. Остальные позиции соответствуют позициям фиг.1 и 2.

В устройстве по фиг.4 приводной вал топливных насосов состоит из двух частей 22 и 23, сопряженных с помощью нескольких последовательно размещенных ЭМПФ 5, жестко связанных между собой. УИТ включает термостат 24, снабженный уплотнителями 25, в котором размещены ЭМПФ 5, электрический нагреватель 15 и датчик температуры 26. Нагреватель 15 и датчик температуры 26 связаны с датчиками (на фиг. 4 не показано) основных параметров работы двигателя (температуры, частоты оборотов, нагрузки и пр.) через управляющее устройство 27. Остальные позиции соответствуют позициям фиг.1-3.

В устройстве по фиг.5 каждый из валов шестерен 28, 29 и 30 привода топливного насоса состоит из двух частей, 22 и 23, 31 и 32, 33 и 34 соответственно, сопряженных с помощью ЭМПФ 5. УИТ включает герметичные кожухи 35, снабженные уплотнителями 25 и подключенные к системе смазки двигателя вводами 36 и выводами 37. Остальные позиции соответствуют позициям фиг.1-4.

Работа устройства автоматического регулирования угла опережения впрыска топлива в двигателе внутреннего сгорания основана на том, что по достижении некоторой критической температуры металл с памятью формы принимает определенную, наперед заданную геометрическую форму. При уменьшении температуры ниже критической величины геометрическая форма металла возвращается к первоначальной. Таким образом, металл с памятью формы представляет собой структуру с двумя устойчивыми состояниями, которые обозначим цифрами 1 (исходное состояние) и 11 (состояние при температуре выше критической). Описанный процесс характеризуется малой инерционностью, высокой чувствительностью к изменению температуры (1-5^o) и большим рабочим усилием (до нескольких тысяч кг/см²). Кроме того, металл выдерживает несколько миллионов рабочих циклов без видимых отклонений от заданных геометрических параметров.

В конструкциях по фиг.1-3 при переходе ЭМПФ 5 в состояние 11 изменяется его длина (т.е. расстояние между правым и левым концами и, соответственно, общая длина терморегулятора 3, 4, 5). Возникающие при этом механическое усилие и реакция неподвижной опоры 7 через промежуточные кинематические звенья передаются на корпус топливного насоса 1, в результате чего последний поворачивается в подшипниках 2 относительно кулачкового вала в ту или иную сторону, чем и достигается изменение угла опережения впрыска топлива.

В конструкциях по фиг.4 и 5 при переходе в состояние 11 каждый ЭМПФ 5 скручивается в спираль по продольной оси, в результате чего левые части 22, 31, 33 валов поворачиваются относительно правых частей 23, 32, 34 валов на определенный, наперед заданный угол, при этом некоторому положению коленчатого вала (и, следовательно, положению поршня в цилиндре двигателя) будет соответствовать отличное от первоначального положения вала 23 привода топливных насосов (и, следовательно, начало впрыска топлива в цилиндр), т.е. изменяется угол опережения впрыска топлива.

Во всех конструкциях (фиг.1-5) ЭМПФ 5 может содержать несколько последовательно размещенных и жестко связанных между собой элементов из металла с памятью формы (например, фиг. 4), каждый из которых "настроен" на определенную температуру перехода в состояние 11 (например, 50, 80-100^oC). В этом случае производится более плавное (в несколько ступеней) регулирование угла опережения впрыска топлива.

Устройство автоматического регулирования угла опережения впрыска топлива в двигателе внутреннего сгорания (фиг.1) работает следующим образом.

Предварительно на неработающем двигателе производится установка определенного угла опережения впрыска топлива, например, такого, при котором создаются наиболее благоприятные условия для пуска, прогрева и выхода двигателя на эксплуатационный режим, после чего производится запуск двигателя. При работе двигателя через внутреннюю полость 10 ЭМПФ 5, связанную с системой охлаждения вводом 11 и выводом 12, циркулирует охлаждающая жидкость. При возрастании в процессе прогрева двигателя температуры жидкости до определенного значения (например, 40^o), ЭМПФ 5 переходит в состояние 11, созданное при этом механическое усилие через опору 9 передается на корпус насоса 1, в результате чего угол опережения впрыска топлива меняется таким образом, что создаются наиболее благоприятные условия для работы двигателя в эксплуатационном режиме. При уменьшении температуры охлаждающей жидкости ниже критического значение ЭМПФ 5 переходит в состояние 1, аналогичным способом изменяя угол опережения впрыска топлива.

Значения начального и конечного углов опережения впрыска определяются длиной ЭМПФ 5 в состояния 1 и 11, а также толщиной набора прокладок 6. Кроме того, входящие в набор 6 прокладки, выполненные из металла с памятью формы, при переходе в состояние 11 выпучиваются в срединной части, создавая механическое усилие, которое через опоры 8 и 9, наконечники 3 и 4 и ЭМПФ 5 проворачивает корпус топливного насоса 1 в подшипниках 2 и изменяет угол опережения впрыска. Источником тепла для перевода прокладки в состояние 11 служит корпус двигателя 7. Такой способ регулирования угла опережения впрыска топлива может быть полезен, например, для остановки двигателя при его перегреве. В этом случае, при переходе прокладки в состояние 11 устанавливается такое значение угла опережения впрыска, при котором двигатель постепенно останавливается. Кроме того, входящие в набор 6 прокладки, выполненные из теплоизолирующего материала, уменьшают теплопередачу от корпуса двигателя 7 через опору 8 и наконечник 4 и ЭМПФ 5, снижая таким образом влияние внешнего нагрева на работу устройства.

УИТ (10, 11, 12) вместо системы охлаждения двигателя может быть подключено к системе смазки, наддува, выпуска или вентиляции картера двигателя. В этих случаях вместо охлаждающей жидкости во внутреннюю полость 10 ЭМПФ 5, связанную с одной из указанных систем вводом 11 и выводом 12, могут циркулировать масло, наддувочный воздух, отработавшие газы или картерные газы, и работа устройства будет аналогична описанной выше, за исключением того, что при подключении УИТ к конкретной системе двигателя необходимы ЭМПФ 5 с рассчитанными на данную систему температурами перехода в состояние 11, а численные значения и закон изменения угла опережения впрыска топлива будут определяться типом системы, к которой подключено УИТ, и зависеть от нагрузки и/или других параметров эксплуатационного режима.

В устройстве по фиг.2 при необходимости изменять угол опережения впрыска выводы электрического нагревателя 15 подключаются к источнику напряжения (на фиг. 2 не показан), нагреватель 15 за счет теплопередачи нагревает ЭМПФ 5 до температуры, превышающей критическое значение, в результате чего ЭМПФ 5 переходит в состояние 11, создавая механическое усилие, которое передается на зубчатую рейку 13. Рейка 13 проворачивает зубчатый сектор 14 и жестко соединенный с последним корпус топливного насоса 1, что приводит к изменению угла опережения впрыска топлива. Электроизоляция 16 предназначена для дополнительной защиты нагревателя 15 от короткого замыкания через поверхности ЭМПФ 5 и наконечников 3 и 4. Пружина 17, закрепленная в проушинах 18 на корпусах топливного насоса 1 и двигателя 7, служит для выбора зазоров в зубчатой паре 13, 14 создания дополнительного усилия, проворачивающего корпус 1 влево (по фиг. 2), а также для уменьшения влияния различных внешних механических факторов (например, вибрации) на работу устройства в целом. В остальном работа устройства аналогична описанной выше.

В устройстве по фиг.3 повышение температуры ЭМПФ 5 происходит за счет теплопередачи от электрического нагревателя 15 через поверхность выполненной внутри ЭМПФ 5 полости 10. Созданное ЭМПФ 5 механическое усилие передается на зубчатое колесо 19, которое проворачивает неподвижно посаженное по одному валу с ним зубчатое колесо 21. Колесо 21 перемещает зубчатую рейку 20, которая проворачивает корпус топливного насоса 1 в подшипниках 2, чем достигается изменение угла опережения впрыска топлива. В остальном работа устройства аналогична описанной выше.

В устройстве по фиг.4 при подключении выводов электрического нагревателя 15 к источнику напряжения (на фиг.4 не показан) вырабатываемая нагревателем 15 тепловая энергия повышает температуру элементов из металла с памятью формы 5, при этом один (или несколько) из них переходит в состояние 11 и проворачивает часть 23 вала привода топливных насосов относительно части 22 этого вида, чем достигается изменение угла опережения впрыска топлива. Термостат 24 и уплотнители 25 служат для снижения влияния внешних температурных воздействий на ЭМПФ 5. Термостат 24 может быть заполнен воздухом или иным газом, а также жидкостью, причем для снижения инерционности устройства заполняющая термостат 24 среда должна иметь низкую теплоемкость. Управляющее устройство 27 отрабатывает поступающие в него сигналы от датчиков основных параметров работы двигателя (температуры, частоты оборотов, нагрузки и пр. на фиг.4 не показаны), датчика температуры 26, установленного внутри термостата 24, а также внешние управляющие сигналы оператора и на основании вышеуказанных сигналов управляет длительностью и моментом подключения нагревателя 15 к источнику напряжения. В остальном работа устройства аналогична описанной выше.

В устройстве по фиг.5 в кожухах 35, подключенных к системе смазки двигателя с помощью вводов 36 и выводов 37, циркулирует смазочное масло. В зависимости от его температуры ЭМПФ 5 переходит в состояние 1 или 11 и проворачивают части 23, 32, 34 валов привода топливных насосов относительно частей 22, 31, 33 соответствующих валов, чем достигается изменение угла опережения впрыска топлива.

УИТ (35, 36, 37) вместо системы смазки двигателя могут быть подключены к системе охлаждения, наддува, выпуска или вентиляции картера двигателя. В этих случаях вместо смазочного масла в кожухах 35, связанных с одной из указанных систем вводами 36 и выводами 37, могут циркулировать охлаждающая жидкость, наддувочный воздух, отработавшие газы или картерные газы. Кроме того, возможно подключение различных кожухов 35 к различными системам двигателя (например, верхнего по фиг.5 кожуха 35 к системе охлаждения двигателя, центрального к системе смазки, нижнего к системе выпуска), что позволяет привлечь к автоматическому регулированию угла опережения впрыска топлива большее число факторов и, следовательно, повысить эффективность регулирования. Во всех этих случаях работа устройства будет аналогична описанной выше, за исключением того, что при подключении УИТ к конкретной системе двигателя необходимые ЭМПФ 5 с рассчитанными на данную систему температурами перехода в состояние 1 и 11, а численные значения и закон изменения угла опережения впрыска топлива будут определяться типом системы, к которой подключено УИТ, и зависеть от нагрузки и/или других параметров эксплуатационного режима.

Уплотнители 25 служат для предотвращения утечек циркулирующих в кожухах 35 жидкостей или газов через зазоры между кожухами 35 и вращающимися валами. В остальном работа устройства аналогична описанной выше.

Изображенные на фиг. 1-5 примеры выполнения заявляемого устройства не исчерпывают всех возможных параметров. УИТ, изображенные на любой из фигур, могут быть использованы на любой другой из указанных фигур вместо соответствующего УИТ. Например, УИТ на фиг.2 (электрический нагреватель 15, отделенный от ЭМПФ слоем электроизоляции 16) можно заменить на УИТ с фиг.5 (кожух 35 с вводом 36 и выводом 37).

По сравнению с прототипом, повышены эффективность и надежность работы устройства, упрощена конструкция.

Использование: двигателестроение. Сущность изобретения: устройство для автоматического регулирования угла опережения впрыска топлива в двигатель внутреннего сгорания содержит корпус топливного насоса высокого давления 1, установленный на подшипниках скольжения 2, наконечники 3 и 4, жестко связанный с ним элемент терморегулятора с памятью формы 5, а также набор прокладок 6, установленный между корпусом двигателя 7 и опорой 8. Наконечники 3 и 4 шарнирно закреплены в опорах 8 и 9. Устройство для изменения температуры включает канал 10, выполненный внутри элемента терморегулятора с памятью формы 5 с вводом 11 и выводом 12, подключенными к системе охлаждения двигателя. 23 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для автоматического регулирования угла опережения впрыска топлива в двигателе внутреннего сгорания, содержащее топливный насос высокого давления, привод топливного насоса высокого давления, включающий хотя бы одну пару шестерен, и терморегулятор, отличающееся тем, что терморегулятор содержит по меньшей мере один элемент, выполненный из металла с памятью формы, снабженный устройством для изменения его температуры. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что элемент терморегулятора, выполненный из металла с памятью формы, размещен между двумя наконечниками, один из которых закреплен на неподвижной опоре, например на корпусе двигателя, а второй соединен с корпусом насоса высокого давления, выполненного с возможностью поворота относительно оси кулачкового вала. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит набор прокладок, размещенных между неподвижной опорой, например корпусом двигателя, и наконечником терморегулятора, при этом по меньшей мере одна прокладка выполнена из металла с памятью формы. 4. Устройство по пп.1 3, отличающееся тем, что набор прокладок, размещенный между неподвижной опорой, например корпусом двигателя, и наконечником терморегулятора, содержит по меньшей мере одну прокладку из теплоизолирующего материала. 5. Устройство по пп.1 4, отличающееся тем, что один из наконечников соединен с корпусом топливного насоса реечной передачей. 6. Устройство по пп.1 5, отличающееся тем, что один из наконечников соединен с корпусом топливного насоса реечной передачей через набор промежуточных шестерен. 7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что элемент из металла с памятью формы размещен в разрезе приводного вала топливных насосов. 8. Устройство по пп.1 и 7, отличающееся тем, что элемент из металла с памятью формы размещен в разрезе вала по меньшей мере одной из шестерен привода топливного насоса. 9. Устройство по пп.1 8, отличающееся тем, что терморегулятор содержит несколько элементов из металла с памятью формы с различными температурами изменения геометрической формы. 10. Устройство по пп.1 9, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит возвратный механизм, например пружину. 11. Устройство по пп.1 10, отличающееся тем, что устройство для изменения температуры элемента из металла с памятью формы выполнено в виде электрического нагревателя, размещенного снаружи элемента из металла с памятью формы и отделенного от последнего слоем электроизоляции. 12. Устройство по пп.1 10, отличающееся тем, что устройство для изменения температуры элемента из металла с памятью формы выполнено в виде электрического нагревателя, размещенного внутри элемента из металла с памятью формы и отделенного от последнего слоем электроизоляции, при этом элемент из металла с памятью формы выполнен полым. 13. Устройство по пп.1 12, отличающееся тем, что электрический нагреватель и элемент терморегулятора, выполненный из металла с памятью формы, помещен в термостат, снабженный датчиком температуры, при этом нагреватель и датчик температуры связаны с датчиком основных параметров работы двигателя (температуры, частоты оборотов, нагрузки и пр. ) через управляющее устройство. 14. Устройство по пп.1 13, отличающееся тем, что термостат заполнен средой с низкой теплоемкостью. 15. Устройство по пп.1 10, отличающееся тем, что устройство для изменения температуры элемента из металла с памятью формы выполнено в виде герметичного кожуха с вводом и выводом, подключенными к системе смазки двигателя. 16. Устройство по пп.1 10, отличающееся тем, что устройство для изменения температуры элемента из металла с памятью формы выполнено в виде герметичного кожуха с вводом и выводом, подключенными к системе охлаждения двигателя. 17. Устройство по пп.1 10, отличающееся тем, что устройство для изменения температуры элемента из металла с памятью формы выполнено в виде герметичного кожуха с вводом и выводом, подключенными к системе наддува двигателя. 18. Устройство по пп.1 10, отличающееся тем, что устройство для изменения температуры элемента из металла с памятью формы выполнено в виде герметичного кожуха с вводом и выводом, подключенным к системе выпуска двигателя. 19. Устройство по пп.1 10, отличающееся тем, что устройство для изменения температуры элемента из металла с памятью формы выполнено в виде герметичного кожуха с вводом и выводом, подключенными к системе вентиляции картера двигателя. 20. Устройство по пп. 1 10, отличающееся тем, что внутри элемента из металла с памятью формы выполнен по меньшей мере один канал с вводом и выводом, подключенными к системе смазки двигателя. 21. Устройство по пп.1 10, отличающееся тем, что внутри элемента из металла с памятью формы выполнен по меньшей мере один канал с выводом и вводом, подключенными к системе охлаждения двигателя. 22. Устройство по пп.1 10, отличающееся тем, что внутри элемента из металла с памятью формы выполнен по меньшей мере один канал с вводом и выводом, подключенными к системе наддува двигателя. 23. Устройство по пп.1 10, отличающееся тем, что внутри элемента из металла с памятью формы, выполнен по меньшей мере один канал с вводом и выводом, подключенными к системе выпуска двигателя. 24. Устройство по пп.1 10, отличающееся тем, что внутри элемента из металла с памятью формы выполнен по меньшей мере один канал с вводом и выводом, подключенными к системе вентиляции картера двигателя.