КОРРЕКТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТОПЛИВОВПРЫСКИВАЮЩЕГО НАСОСА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С НАДДУВОМ Российский патент 1998 года по МПК F02D23/02 F02D1/12 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к системам регулирования топливоподачи при осуществлении наддува в двигатель.

Известны корректирующие устройства для топливовпрыскивающих насосов двигателей внутреннего сгорания с наддувом, содержащие корпус с напорной и сливной магистралями рабочей жидкости, серводвигатель с подпружиненным поршнем, ограничивающим перемещение органа дозирования подачи топлива, мембранный датчик давления наддува, золотниковую пару с двумя подводящими каналами и перепускным отверстием, сообщенным с надпоршневой полостью серводвигателя, и упругое звено, связывающее поршень серводвигателя через золотник с мембраной. Так, в известном регуляторе шток корректирующего устройства, связанный с подпружиненным поршнем серводвигателя, ограничивает перемещение рычажной системы регулятора в направлении увеличения топливоподачи посредством двуплечего рычага, шарнирно установленного в корпусе регулятора. Кроме того, шток корректирующего устройства через рычаг обратной связи, подпружиненный относительно корпуса, воздействует на золотник, подвижно установленный в расточке корпуса корректирующего устройства, снабженной перепускным отверстием и двумя подводящими каналами [1]. При этом золотник посредством подпружиненного рычага обратной связи поджат к мембране, перепускное отверстие золотниковой пары сообщено с надпоршневой полостью серводвигателя, один из подводящих каналов сообщен с напорной магистралью рабочей жидкости, а другой - со сливной магистралью. На установившемся режиме работы корректирующего устройства золотник перекрывает перепускное отверстие, но при изменении давления воздуха, например, в надмембранной полости, сообщенной с впускным коллектором двигателя, мембрана смещает золотник и надпоршневая полость серводвигателя сообщается с напорной или сливной магистралью.

Изменение давления рабочей мощности в надпоршневой полости серводвигателя приводит к перемещению поршня и связанных с ним двуплечего рычага и рычага обратной связи. Перемещение поршня и упомянутых рычагов происходит до момента перекрытия золотником перепускного отверстия. Новое равновесное состояние характеризуется новыми положениями поршня, двуплечего рычага и рычага обратной связи, а также измененной величиной натяга упругого звена обратной связи.

Данное корректирующее устройство в связи с наличием серводвигателя может применяться в регуляторах различного устройства, воздействуя на элементы рычажной системы регулятора, как нагруженные, так и ненагруженные главной пружиной регулятора.

Однако это корректирующее устройство обеспечивает желаемую точность регулирования топливоподачи применительно к двигателям, работающим в условиях переменного атмосферного давления, например при работе на высокогорье.

Известны также корректирующие устройства, в которых вместо датчика избыточного давления воздуха с мембраной используется датчик абсолютного давления воздуха, например анероидный чувствительный элемент.

В известном корректирующем устройстве в качестве чувствительного элемента применен анероид, регулирующее перемещение от которого к органу дозирования топливоподачи передается через шток, установленный в корпусе корректирующего устройства посредством двух мембран равной эффективной площади [2]. Мембраны и корпус корректирующего устройства образуют три полости, из которых две крайние сообщены друг с другом и с впускным коллектором двигателя, а средняя - с полостью регулятора. В одной из крайних полостей размещен анероидный чувствительный элемент, а в другой - упругое звено. С органом дозирования топливоподачи кинематически связана средняя часть штока.

Это корректирующее устройство не в полной мере удовлетворяет требованиям точности регулирования, а именно в случае различия требований по корректированию величины топливоподачи на отличающихся режимах работы, например, при необходимости осуществления ограничения топливоподачи на режиме номинальной частоты вращения в зависимости от атмосферного давления, но не от давления воздуха во впускном коллекторе двигателя.

В другом известном регуляторе корректирующее устройство содержит как мембранный датчик избыточного давления воздуха, так и барометрический чувствительный элемент [3]. В этом регуляторе датчики давления воздуха установлены на корпусе регулятора и кинематически, независимо друг от друга ограничивают перемещение органа дозирования топливоподачи, связанного с рычажной системой регулятора посредством тяги с компенсационной пружиной. При работе данного регулятора положение рычажной системы определяется центробежным датчиком частоты вращения и рычагом управления, но перемещение органа дозирования топливоподачи в направлении увеличения топливоподачи ограничено корректирующим устройством. В том случае, если корректирующее устройство препятствует перемещению органа дозирования в направлении увеличения топливоподачи, например, под действием рычага управления, "излишнее" перемещение рычажной системы регулятора сопровождается сжатием компенсационной пружины.

Кинематическая связь датчиков давления воздуха с органом дозирования топливоподачи выполнена посредством рычага, кинематически связанного с муфтой центробежного датчика частоты вращения. При запуске двигателя указанный рычаг опущен вниз и не препятствует перемещению органа дозирования в стартовое положение.

Недостатками данного корректирующего устройства является нарушение точности регулирования, осуществляемого мембранным датчиком давления воздуха при изменении атмосферного давления, а также невозможность применения этого корректирующего устройства в регуляторах с воздействием на элементы рычажной системы регулятора, сопряженных с главной пружиной.

Целью изобретения является повышение точности регулирования и расширение области применения.

Поставленная цель достигается тем, что корректирующее устройство для топливовпрыскивающего насоса двигателя внутреннего сгорания с наддувом, содержащее корпус с напорной и сливной магистралями рабочей жидкости, серводвигатель с подпружиненным поршнем, ограничивающим перемещение органа дозирования топливоподачи, датчик избыточного давления воздуха с мембраной, надмембранная полость которого сообщена с впускным коллектором двигателя, а подмембранная - с атмосферой, подвижно установленный в корпусе золотник с запорным элементом, взаимодействующим с перепускным отверстием корпуса, сообщенным с надпоршневой полостью серводвигателя, и упругое звено, связывающее поршень серводвигателя через золотник с мембраной, дополнительно снабжено датчиком атмосферного давления, например анероидным чувствительным элементом, вторым упругим звеном и второй золотниковой парой, содержащей втулку с перепускным отверстием и золотник с запорным элементом, причем втулка размещена в расточке корпуса с возможностью перемещения вдоль нее и посредством жесткой кинематической связи шарнирно подключена к поршню серводвигателя, а золотник посредством второго упругого звена, кинематически связанного с мембраной, поджат к анероидному чувствительному элементу, при этом одна из полостей второй золотниковой пары, расположенных по разные стороны запорного элемента золотника, сообщена с напорной магистралью, а другая - со сливной, в то время как одна из аналогичных полостей первой золотниковой пары сообщена с перепускным отверстием втулки второй золотниковой пары, а другая - с одной из магистралей, а именно с напорной в случае подпружинивания поршня в направлении увеличения подачи топлива или со сливной в случае подпруживания поршня в направлении уменьшения подачи топлива. Кроме того, в случае подпруживания поршня серводвигателя в направлении уменьшения подачи топлива поршень серводвигателя снабжен перепускным каналом, сообщающим надпоршневую и подпоршневую полости серводвигателя и двумя клапанными парами для перекрытия этого перепускного канала, при этом клапанные пары выполнены в виде втулок с радиальными отверстиями, установленными на цилиндрических выступах поршня, расположенных по разные стороны поршня, причем одна из втулок упирается в корпус, а другая, расположенная в подпоршневой полости, посредством упругого элемента упирается в орган дозирования топливоподачи.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема предлагаемого корректирующего устройства с подпружиненным в направлении увеличения подачи топлива поршнем серводвигателя; на фиг. 2 - то же, но с подпружиненным поршнем серводвигателя в направлении уменьшения подачи топлива.

Корректирующие устройства содержат корпус 1 со сквозными расточками 2 - 4. В расточке 2 с возможностью перемещения вдоль нее установлен поршень 5, в расточке 3 неподвижно установлена втулка 6 первой золотниковой пары, а в расточке 4 подвижно с возможностью перемещения вдоль расточки установлена втулка 7 второй золотниковой пары.

Поршень 5 снабжен цилиндрическими выступами 8 и 9, расположенными по разные стороны поршня. Выступ 9 поршня 5 служит упором, ограничивающим перемещение органа дозирования 10 топливовпрыскивающего насоса, на корпусе 11 которого закреплен корпус 1 корректирующего устройства. На одном из цилиндрических выступов поршня 5, а именно выступе 9 (фиг. 1) или выступе 8 (фиг. 2), с возможностью перемещения вдоль него установлена ступенчатая втулка 12 с упором в стопорное кольцо 13, закрепленное в расточке 2. Втулка 12 наружной поверхностью установлена в расточке 2 и является упором для поршня 5. С противоположной стороны поршня 5 в расточке 2 размещена пружина поршня 14. Поршень 5 и втулка 12 образуют в расточке 2 надпоршневую полость 15 и подпоршневую полость 16. Во втулке 6 первой золотниковой пары с возможностью перемещения вдоль нее размещен золотник 17 с запорным элементом 18. Втулка 6 снабжена перепускным отверстием 19 и подводящими каналами 20 и 21. Перепускное отверстие 19 втулки 6 посредством канала 22 корпуса 1 сообщено с надпоршневой полостью 15. Во втулке 7 второй золотниковой пары с возможностью перемещения вдоль нее размещен золотник 23 с запорным элементом 24. Втулка 7 снабжена перепускным отверстием 25 и подводящими каналами 26 и 27. Перепускное отверстие 25 втулки 7 посредством канала 28, расположенного в корпусе 1, сообщено с подводящим каналом 20 втулки 6.

В корректирующем устройстве (фиг. 1) подводящий канал 26 втулки 7 и подводящий канал 21 втулки 6 сообщены со сливной магистралью 29, а подводящий канал 27 сообщен с напорной магистралью 30.

В корректирующем устройстве (фиг. 2) с напорной магистралью 30 сообщены подводящий канал 26 втулки 7 и подводящий канал 21 втулки 6, в то время как подводящий канал 27 втулки 7 сообщен со сливной магистралью 29.

На корпусе 1 шарнирно установлены двуплечие рычаги 31 - 34. Рычаг 31 одним плечом взаимодействует с торцем 35 золотника 17, а другим - через пружину 36 с торцем золотника 23. Рычаг 32 одним плечом кинематически связан с выступом 8 поршня 5, а другим посредством тяг 37 и 38 кинематически связан с рычагами 33 и 34. Рычаг 33 через пружину 39 и упорный бурт 40 золотника 17 взаимодействует с мембраной 41, закрепленной между корпусом мембраны 42 и крышкой 43. Корпус мембраны 42 установлен на корпусе 1 корректирующего устройства.

Надмембранная полость 44 через канал 45 сообщена с впускным коллектором двигателя (не показан), а подмембранная полость 46 сообщена с атмосферой. Между крышкой 43 и мембраной 41 размещена вспомогательная пружина 47. Рычаг 34, одним плечом связанный посредством тяг 37 и 38 с рычагами 32 и 33, другим плечом кинематически связан с втулкой 7 второй золотниковой пары. В корпусе мембраны 42 между регулируемым упором 48 и золотником 23 размещен анероидный чувствительный элемент 49.

Корпус 1 со стороны рычага 31 закрыт крышкой 50.

Поршень 5 корректирующего устройства (фиг. 2) снабжен перепускным каналом 51, сообщающим надпоршневую полость 15 и подпоршневую полость 16, а также клапанами для перекрытия этого перепускного канала. Один из клапанов выполнен в виде втулки 52 с радиальными сливными отверстиями 53, подвижно установленной на выступе 9 и поджатой посредством пружины 54 к органу дозирования 10. В качестве второго клапана использована втулка 12, снабженная перепускным каналом 55, сообщенным с надпоршневой полостью 15.

В качестве рабочей жидкости для серводвигателя корректирующего устройства используется масло из системы смазки двигателя внутреннего сгорания, на котором установлено корректирующее устройство.

Корректирующее устройство (фиг. 1) работает следующим образом.

Перед запуском двигателя поршень 5 под действием пружины 14 находится в крайне правом положении и упирается в торец втулки 12. Предварительные усилия пружин 39, 47 и 36 таковы, что золотники 17 и 23 обеспечивают сообщение надпоршневой полости 15 через канал 22, перепускное отверстие 19, канал 20 втулки 6 и канал 28, отверстия 25 и 27 втулки 7 с напорной магистралью 30.

После запуска двигателя масло под давлением поступает в надпоршневую полость 15 и, преодолевая натяжение пружины 14, смещает поршень 5 влево. Перемещение поршня 5 сопровождается поворотом рычагов 32 - 34 по часовой стрелке, сжатием, в частности, пружины 39 и перемещением золотника 17 влево до перекрытия перепускного отверстия 19 запорным элементом 18. При этом поступление масла в надпоршневую полость 15 и перемещение поршня 5 влево приостанавливается. При работе двигателя на равнине, т.е. в условиях нормального атмосферного давления, золотник 23, связанный с анероидным чувствительным элементом 49, не препятствует подводу масла в канал 20 втулки 6.

При увеличении частоты вращения двигателя, а следовательно, и росте давления наддува мембрана 41 смещает золотник 17 вправо, открывая доступ масла из напорной магистрали 30 в надпоршневую полость 15. Поршень 5 получает возможность перемещаться влево, позволяя органу дозирования 10 сместиться в направлении увеличения топливоподачи. Перемещение поршня 5 влево, в направлении увеличения топливоподачи будет происходить до тех пор, пока натяжение пружины 39 не уравновесит усилие, создаваемое давлением наддува на мембране, и золотник 17 запорным элементом 18 не прекратит подачу масла в надпоршневую полость 15. При уменьшении давления наддува мембрана 42 под действием пружины 39 смещает золотник 17 влево, сообщая надпоршневую полость 15 через перепускное отверстие 19 и канал 21 со сливной магистралью 29. Поршень 5 под действием пружины 14, вытесняя масло из надпоршневой полости 15, смещается вправо, уменьшая топливоподачу. При этом посредством рычагов 32 и 33 уменьшается натяжение пружины 39 и мембрана смещает золотник 17 вправо до перекрытия перепускного отверстия 19 втулки 6.

Описанные выше перемещения поршня 5 сопровождаются перемещениями втулки 7, связанной с поршнем 5 посредством рычагов 32 и 34 и тяг 37 и 38. Так, при перемещении поршня 5 влево втулка 7 также смещается влево. При увеличении давления наддува перемещение поршня 5 в сторону увеличения топливоподачи может происходить до тех пор, пока запорный элемент 24 золотника 23 не перекроет перепускное отверстие 25 втулки 7 и нагнетание масла в надпоршневую полость 15 не прекратится. При уменьшении атмосферного давления, но при большом давлении наддува, когда запорный элемент 18 золотника 17 смещен вправо и перепускное отверстие 19 сообщено с каналом 20, анероидный чувствительный элемент 49, преодолевая усилие пружины 36, смещает золотник 23 вправо и сообщает перепускное отверстие 25 через канал 26 со сливной магистралью 29. При этом поршень 5 под действием пружины 14 смещается вправо, вытесняя масло из надпоршневой полости 15, и уменьшает топливоподачу. Таким образом, анероидный чувствительный элемент 49 определяет максимально допускаемую корректирующим устройством топливоподачу. Кроме того, при работе двигателя, когда перемещениями поршня 5 управляет мембрана 41, анероидный чувствительный элемент 49 посредством связи его через пружину 36 и рычаг 31 с мембраной 41 нейтрализует влияние изменения атмосферного давления на точность регулирования топливоподачи. Изменение давления воздуха в подмембранной полости 46, сообщенной с атмосферой, компенсируется изменением натяжения пружины 36 посредством анероидного чувствительного элемента 49.

Особенности работы корректирующего устройства (фиг. 2) заключаются в следующем. Перед запуском двигателя поршень 5 находится в крайнем левом положении, разрешающем стартовую подачу топлива. Орган дозирования 10 упирается в торцы выступа 9 поршня 5 и втулки 52. При этом надпоршневая полость 15 через перепускные каналы 55 и 51 и сливное отверстие 53 втулки 52 сообщена с подпоршневой полостью 16, а через канал 22, перепускное отверстие 19 и подводящий канал 21 втулки 6 сообщена с напорной магистралью 30. Вследствие этого при запуске двигателя масло из надпоршневой полости 15 будет сливаться до тех пор, пока орган дозирования 10 под действием регулятора топливовпрыскивающего насоса не переместится из стартового положения в положение, например, соответствующее подаче топлива холостого хода, а втулка 52 под действием пружины 54 не сместится вправо и не перекроет слив масла из надпоршневой полости 15. При этом поршень 5 под действием давления масла смещается вправо, перекрывая возможность перетекания масла через канал 55. Смещение поршня 5 вправо сопровождается поворотом рычагов 32 - 34. При этом преднатяг пружины 39 уменьшается и золотник 17 под действием пружины 47 смещается вправо. Смещение поршня 5 вправо происходит до перекрытия перепускного отверстия 19 втулки 6 запорным элементом 18 золотника 17.

В дальнейшем работа корректирующего устройства (фиг. 2) не отличается от работы корректирующего устройства (фиг. 1) за исключением того, что для увеличения топливоподачи корректирующим устройством (фиг. 1) в надпоршневую полость 15 нагнетается масло, а в корректирующем устройстве (фиг. 2) сливается. И, наоборот, для уменьшения топливоподачи в корректирующем устройстве (фиг. 1) масло сливается, а в устройстве (фиг. 2) нагнетается.

Предлагаемое корректирующее устройство вследствие применения двух взаимосвязанных датчиков давления воздуха и сервоусиления может быть использовано в разнообразных топливовпрыскивающих насосах независимо от конструкции, в частности, регуляторов частоты вращения, для повышения мощностных показателей и топливной экономичности двигателя транспортного средства, эксплуатируемого в местности с переменным рельефом.

Корректирующе устройство (фиг. 1) предназначено предпочтительно для воздействия на элементы регулятора топливовпрыскивающего насоса, сопряженные с главной пружиной, а устройство (фиг. 2 ) - непосредственно для воздействия на орган дозирования топливоподачи, например на рейку топливовпрыскивающего насоса.

Изобретение относится к системам регулирования двигателя с наддувом. Корректирующее устройство для топливовпрыскивающего насоса двигателя внутреннего сгорания снабжено серводвигателем, ограничивающим перемещение органа дозирования топливоподачи топливовпрыскивающего насоса, и двумя датчиками давления воздуха, посредством золотниковых пар управляющих серводвигателем. Один из датчиков снабжен мембраной и сообщен с впускным коллектором двигателя, а другой - барометрический и сообщен с атмосферой. В корректирующем устройстве барометрический датчик определяет максимально допустимую величину топливоподачи и посредством обратной упругой связи с мембранным датчиком способствует повышению точности регулирования мощностных показателей и топливной экономичности транспортных средств, эксплуатируемых в местностях с переменным рельефом. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Корректирующее устройство для топливовпрыскивающего насоса двигателя внутреннего сгорания с наддувом, содержащее корпус с напорной и сливной магистралями рабочей жидкости, серводвигатель с подпружиненным поршнем, датчик избыточного давления воздуха с мембраной, надмембранная полость которого сообщена с впускным коллектором двигателя, а подмембранная - с атмосферой, подвижно установленный в корпусе золотник с запорным элементом, взаимодействующим с перепускным отверстием корпуса, сообщенным с надпоршневой полостью серводвигателя, и упругое звено, связывающее поршень серводвигателя через золотник с мембраной, отличающееся тем, что корректирующее устройство дополнительно снабжено датчиком атмосферного давления, например анероидным чувствительным элементом, вторым упругим звеном и второй золотниковой парой, содержащей втулку с перепускным отверстием и золотник с запорным элементом, причем втулка размещена в расточке корпуса с возможностью перемещения вдоль нее и посредством жесткой кинематической связи шарнирно подключена к поршню серводвигателя, а золотник посредством второго упругого звена, кинематически связанного с мембраной, поджат к анероидному чувствительному элементу, при этом одна из полостей второй золотниковой пары, расположенных по разные стороны запорного элемента золотника, сообщена с напорной магистралью, а другая - со сливной, в то время как одна из аналогичных полостей, расположенных по разные стороны запорного элемента первого золотника, сообщена с перепускным отверстием второй золотниковой пары, а другая - с одной из магистралей, а именно, с запорной в случае подпруживания поршня в направлении увеличения подачи топлива или со сливной - в случае подпруживания поршня в направлении уменьшения подачи топлива. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что при подпруживании поршня серводвигателя в направлении уменьшения подачи топлива поршень снабжен перепускным каналом, сообщающим надпоршневую и подпоршневую полости, а также двумя клапанными парами для перекрытия этого перепускного канала, причем клапанные пары выполнены в виде втулок с радиальными отверстиями, установленных на цилиндрических выступах поршня, которые расположены по разные стороны поршня, при этом одна из втулок упирается в корпус, а другая посредством упругого элемента упирается в орган дозирования подачи топлива.