Способ регулировки топливоподачи топливного насоса высокого давления двигателя внутреннего сгорания и привод для его осуществления Советский патент 1990 года по МПК F02M39/00 

3153

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано & системах топливолодачи двигателей внутреннего сгорания.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей по coi ласованию динамических и фазовых характеристик топливоподачи.

На фиг. 1 показана система гопли- воподачи двигателя внутреннего сгорания, профиль кулачка (поле А) и базовая зона расположения позиций центра вращения на плоскости центрового профиля кулачка при его смещении (поле Б); на фиг. 2 - поля соответствующих постоянству средней объемной скорости нагнетания (СОСН) и угла геометрического начала нагнетания (УГНН) изо- параметрических кривых смещения цент- ра вращения на плоскости центрового профиля (ЦП) и траектория перемещения ЦП в частном случае регулирования из уровня сдвига УГНН на опережение по мере увеличения СОСН; на фиг. 3 по- ложение и построение на плоскости ЦП секториальной зоны расположения позиций центра вращения при регулировании из условия ограничения фазовых сдви- «гов; на фиг. k - характер смещения

ЦП в плоскости вращения (поле А) и рекомендуемая зона расположения позиций центра вращения на плоскости центрового профиля (поле Б) при регулировании с линейным смещением кулачка и минимизацией фазовых сдвигов; на фиг. 5 - графики скоростей плунжера и объемных скоростей нагнетания при регулировании по фиг. 3 и k (для ЦП, выполненного по спирали Архимеда); на фиг. 6 - диаграмма изменения УГНН и угла геометрического конца нагнетания (УГКН) при регулировании по фиг. ; на фиг. 7 - поле изопарамет- рических кривых для вогнутого кулачка; на фиг. 8 - схема привода; на фиг. 9 привод, вид сбоку; на фиг.10 - сечение элементов привода поперек направляющих.

На чертежах даны следующие обозначения :

А - В - рабочий участок профиля кулачка;

а - Ъ - рабочий участок ЦП; О - позиция центра вращения кулачка на плоское- ти ЦП;

- точка на ЦП и его радиус-вектор, соответст

п и

Р

г. и

5

0 5

55

0

5

0

К и

ВМТ

ч

м ч ч

С и h

с

5

5С

вующие моменту геомет- рического начала нагнетания ;

г к - точка на ЦП и его радиус-вектор, соответствующие моменту геомет- рического конца нагнетания ;

-направление радиус-вектора, соответствующее верхней мертвой точке двигателя;

-угол поворота коленчатого вала двигателя (или ведущего вала);

г,н УГНН; г,к - УГКН;

р.н угол продолжительности нагнетания топлива;

макс максимальный геометрический активный ход плунжера;

I - геометрически активный ход плунжера; точка на ЦП и доля геометрически активного хода плунжера, соответствующие промежуточному моменту нагнетания;

макс геометрически активная зона в плоскости вращения кулачка, соответствующая диапазону поступательных перемещений центра ролика для максимальной геометрически активной части хода плунжера топливного насоса ;

- геометрически активная зона, соответствующая геометрически активному ходу плунжера для заданного режима; удаление центра ролика от оси вала соответственно вначале ив конце максимального геометрически активного хода плунжера;

О - точка пересечения дуг, описанных радиусами, равными рмин и рмокс соответственно из точек а и b ЦП; и V - мгновенные (текущие)

скорость движения плунжера и объемная скорость

ир

макс

v s

Д и Д.

т - т

t - t

ipeA

нагнетания соответственно;СОСН;

шаговый интервал перемещения кулачка; линейное смещение кулачка и рекомендуемое предельное его значен соответственно; направления смещений кулачка и ЦП; направления смещений центра вращения на плоскости ЦП. Способ может быть реализован в системе топливоподачи, содержащей топливный насос 1 плунжерного типа, толкатель 2, ролик 3, форсунку 4 и привод топливного насоса 1.

Привод содержит кулачок 5, установленный на опорном элементе ведущего вала 6 с возможностью регулиро вочно-установочного шагового смещения поперечно валу по двум взаимно пересекающимся направлениям.

Опорный элемент выполнен из шайбы 7 и составной шайбы, жестко закрепленных на валу 6. Составная шайба выполнена из наружного диска 8 и внутренней конической втулки 9, сопряженной по поверхности 10 с валом 6 по посадке с регулируемым натягом Втулка 9 снабжена маслоподводящими каналами 11 и канавками 12 и сопряжена с реверсивным гидродомкратом 13, последний выполнен с полостями 14 и 15. Диск 8 снабжен каналами 16 и канавками 17. Кулачок 5, шайба 7 и диск 8 снабжены линейными направляющими 18 и 19, выполненными зуб- чикового профиля с шагом S и S.

Устройство для осуществления предлагаемого способа работает следующим образом.

Вращательное движение ведущего вала 6 посредством кулачка 5 и ролика 3 преобразуется в возвоатно-пос- тупательное движение толкателя 2

и связанного с ним плунжера топливного насоса 1, осуществляющего пода- чу топлива к форсунке 4.

Перенастройку привода производят в следующей последовательности.

Разблокируют сопряжение втулки 9 с валом 6 путем подачи управляющего давления по каналам 11 к канавкам 12 при одновременной подаче рабочей среды под давлением в рабочие полости 14 и 15 гидродомкрата 13. Понижа

0

5

5

0

5

0

5

0

5

ют давление в полости 15 и под воздействием давления в полости 14 сдвигают втулку 9, разблокируя сопряжение кулачка 5 с шайбой 7 и диском 8 (при необходимости расклинивания сопряжения диска 8 с втулкой 9 подают также управляющее давление по каналам 16 к канавкам 17). При сдвинутом вправо диске 8 осуществляют шаговую перестановку кулачка 5 на направляющих 18 и 19 в новую позицию, соответствующую заданному изменению СОСН и необходимому фазовому сдвигу УТНН. При этом сдвигают диск 8 влево, выбирая зазоры в сопряжениях кулачка 5 с шайбой 7 и составной шайбой, и при разблокированном сопряжении втулки 9 с валом 6 осуществляют прессовое осевое поджатие кулачка между шайбой и диском путем подачи рабочей среды под давлением в полости 14 и 15, причем вначале повышают давление в полости 14 до значения, достаточного для разблокировки сопряжения втулки 9 с валом 6, а затем повышают давление в полости 15 до величины, обеспечивающей необходимый уровень осевого силового замыкания кулачка 5. Затем восстанавливают блокировку сопряжения втулки с валом путем сбрасывания давления в полости 14, сбрасывают давление в полости 15, после чего кулачковый привод готов к дальнейшей эксплуатации.

, Реализация способа наиболее выгодна в случае кулачка с выпуклым профилем, который (по сравнению с вогнутым) позволяет получить более широкий диапазон изменения СОСН, так как в этом случае можно допустить более высокую кривизну профиля и большее продление рабочего участка без выхода кулачка из приемлемых конструктивных габаритов.

При выпуклом профиле возможности способа характеризуются практическим диапазоном смещений кулачка, который соответствует перемещениям центра вращения на плоскости ЦП в пределах базовой зоны (на фиг. 1 помечена штриховкой), которая ограничена кривой Р - Р, полученной геометрическим смещением контура ЦП вдоль линии ЬО к фиксированной точке О, соответствующей для выпуклого профиля реализации минимально возможной СОСН.

Такое ограничение соответствует условию, согласно которому при любых

перемещениях центра вращения в пределах базовой зоны и любых регулировках цикловой порции топлива при Н Н..„,.г в условиях штатной высотГА U |SL

ной выставки топливного насоса относительно оси ведущего вала, характеризуемой фиксированными значениями

PWUKC. УГКН остается меньшим ц - угла геометрического конца нагнетания при минимально возможной СОСН, чго исключает неоправданный сдвиг впрыска на линию расширения в процессе регулировок.

Вариабельность траектории поступательного смещения кулачка в пределах области допустимых смещений обусловливает расширенные функциональные возможности способа по реализации i различных законов согласования СОСН И УГНН по мере регулировки.

При компенсации нестабильности Газодинамических характеристик топ- ливоподачи по цилиндрам в многоци5393678

При оптимизации топливоподачи при форсировании двигателя при компромиссной оптимизации его работы в определенном диапазоне режимов смещение кулачка осуществляют по траектории, например Р - Pf , центра его вращения по плоскости ЦП, проходящей в пределах секториальной зоны (помечена штриховкой на фиг. 3), ограни10

ченной створом кривых Р„ - Р., и

К п.

Р - Р п и

зиции кулачка

15 Z

построенных при базовой попугем геометрического смещения к центру вращения контура ЦП вдоль радиус-векторов ртм и

г,н

20

Р , соответствующих базовому режиму работы двигателя.

При этом изменение СОСН сопровождается ограничением Фазовых сдвигов периода геометрического нагнетания относительно фазовой настройки этого периода (см. 1 н фиг. 5), оптимизированной, например по экономи ес- кой эффективности, для заданного ба

Изобретение позволяет расширить функциональные возможности по согласованию динамических и фазовых характеристик топливоподачи. При перенастройке привода разблокируют сопряжение втулки 9 с валом 6 путем подачи управляющего давления по каналам 11 к канавкам 12 при одновременной подаче рабочей среды под давлением в рабочие полости 14 и 15 гидродомкрата 13. Понижают давление в полости 14. Втулка 9 сдвигается, разблокируя сопряжение кулачка 5 с шайбой 7 и диском 8. При сдвинутом вправо диске 8 осуществляют шаговую перестановку кулачка на направляющих в новую позицию. Затем восстанавливают блокировку кулачка 5. 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 10 ил.

линдровом двигателе и при использова- 25 зового режима при заданной базовой

нии топлив повышенной сжимаемости смещение выпуклого кулачка осуществляют по пологой, например изогра- диентной, траектории W - W (фиг. 2) центра его вращения в поле криволинейных координат на плоскости ЦП, проходящей диагонально противолежащим квадрантам этого поля5, один из которых расположен на стороне рабочего участка и вершины кулачка, а другой - на стороне затылка, причем поле координат образовано двумя семействами изопараметрических кривых, первое из которых выполнено в виде кривых (V ieiem, 1,33 V , ...), описанных вершиной 0 скользящего по ЦП изопараметрии ского ipe- угольника ОпК, боковые стороны On и ОК которого образованы радиус-векторами и рг к , соответструю- щими заданному режиму работы цвига- тепр, при штатной выставке топливного насоса, и образуют угол н , имеющий для каждой кривой свое фиксированное значение, а второе семейство выполнено в виде кривых ( - iciem, гн , ...), описанных основанием 0 вышеуказанного вектора рГ|Н при его поступательном, перемещении со скольжением вершиной п вдоль ЦП с различной фиксированной угловой ориентацией.

Такая реализация способа сопровождается увеличением УГНН по мере повышения СОСН.

0

5

5

0

5

позиции кулачка.

Так траектория Р - РС удовлетворяет смещениям кулачка, при которых к моменту ВМТ нагнетается одна и та же доля топлива от цикловой подачи, определяемая соотношением hc/H.

Возможности способа при осуществлении прямолинейного смещения кулачка, предусматривающего соблюдение заданного характера согласования скоростных и фазовых характеристик топливоподачи, практически ограничиваются меньшим диапазоном смещений в сравнении с допускаемым базовой зоной.

Например, при регулировке, предусматривающей последовагельную (по мере повышения СОСН при смещении кулачка кз базовой позиции) минимизацию фазовых сдвигов периода нагнетания, характеризующуюся согласованным , встречно-направленным сдвигом начала и конца нагнетания на базовом режиме (см. фиг, 6), соответствующий диапазон представлен на плоскости ЦП зоной (помечена штриховкой на фиг. k), дополнительно ограниченной линией позиций центра вращения, для которых касательная, -проведенная в точке пе- - ресечения его с наружной границей зо- чы Zri-K оказывается параллельной направлению смещения.

Вместе с тем, прямолинейное смещение кулачка с зеркальной симметрией

относительно радиального направления смещения позволяет производить регулировку топливоподачи при реверсивной работе двигателя, предусматриваю- 5 щую одновременную оптимизацию ее для переднего и заднего хода.

Широкие функциональные возможности способа и устройства позволяют эффективно их использовать в экспериментальных Q исследованиях процесса топливоподачи на опытных отсеках двигателя и стендах , пользовать в экспериментальных исследованиях процесса топливоподачи на опытных отсеках двигателя и стендах f5 топливной аппаратуры.

Использование их перспективно и с целью повышения унификации топливной аппаратуры двигателей различных модификаций, а также повышения эксплуата-20 ционных свойств двигателей, включая повышение экономичности.

Формула изобретения

Q, 5

0

5

0

5

Ю

15

0

5

вующих началу и концу рабочего участка, радиусами, равными соответственно расстояниям центра ролика от оси вала в начале и в конце максимального геометрического активного хода плунжера насоса, и ограниченной двумя кривыми, первая из которых получена геометрическим смещением контура центрового профиля к фиксированной точке вдоль линии, соединяющей точку центрового профиля, соответствующую концу рабочего участка, с фиксированной точкой, а вторая кривая образована нижней дугой.

оптимизации топливоподачи путем обеспечения полного перекрытия фазовых периодов геометрического нагнетания при смещении кулачка из базовой позиции для базового режима, смещение центра вращения кулачка осуществляют В пределах секториальной зоны, ограниченной узким створом двух кривых, образованных геометрическим смещением к центру вращения контура центрового профиля вдоль радиус-векторов, соответствующих геометрическим Началу и концу нагнетания.

5

Q

5

0

и наружного диска с внутренним коническим осевым отверстием, соответствующим конической поверхности втулки, причем последняя установлена на валу по посадке с натягом с возможностью гидропрессовой разблокировки гидродомкратом, а диск - на втулке.

M t

п-к

faФи2.Ь

Ј9Ј6Ј$l

Фиг. 9

19