RU219165U1 - Привод муфты опережения впрыска топлива - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области двигателестроения, а именно к приводам муфт опережения впрыска топлива в цилиндры двигателя внутреннего сгорания, а также к устройствам регулирования топливовпрыскивающей аппаратуры дизеля. Техническим результатом заявляемого предложения является повышение эффективности использования привода муфты опережения впрыска топлива за счет обеспечения высокой точности и плавности поворота кулачкового вала ТНВД, а также учета вида топлива при определении угла начала подачи топлива в цилиндры дизельного двигателя. Технический результат достигается тем, что в поршне на подшипниках установлен ползунок, представляющий собой сепаратор с шариками, расположенный во втулке, с крышкой, закрепленной к ней шпильками, выполненный с возможностью перемещать поршень в продольном направлении, перемещаясь по ходовому винту вала, выполненному с возможностью вращения через червячный редуктор электродвигателем, блок управления в зависимости от показаний датчиков положения коленчатого вала двигателя, частоты вращения коленчатого вала, положения кулачкового вала топливного насоса высокого давления, положения топливной рейки топливного насоса высокого давления, давления надувочного воздуха, температуры надувочного воздуха, температуры топлива, вида топлива, выполнен с возможностью формирования сигнала на электродвигатель.

Description

Полезная модель относится к области двигателестроения, а именно к приводам муфт опережения впрыска топлива в цилиндры двигателя внутреннего сгорания, а также к устройствам регулирования топливовпрыскивающей аппаратуры дизеля.

Для получения высоких энергетических и экономических показателей дизельного двигателя при работе на различных режимах необходимо изменять угол начала подачи впрыска топлива таким образом, чтобы обеспечить своевременное его сгорание. Для этих целей используют устройства обеспечивающие изменения угла начала подачи топлива в цилиндры двигателя. Угол начала подачи топлива в цилиндры дизельного двигателя зависит от числа оборотов коленчатого вала дизельного двигателя, количества топлива подаваемого в цилиндры дизельного двигателя, температуры топлива, давления надувочного воздуха, температуры надувочного воздуха, а в связи с использованием многотопливных дизельных двигателей еще и от вида топлива (дублирующее или резервное). В качестве дублирующего обычно применяют авиационный керосин, а в качестве резервного бензин. Эти топлива по своим физико-химическим параметрам значительно отличаются от дизельных топлив, что также необходимо учитывать при выборе угла начала опережения впрыска топлива.

Известна муфта изменения угла опережения начала подачи топлива [1] (прототип), которая содержит гидроцилиндр с перегородкой, по одну сторону которой размещен полый поршень, связанный косыми шлицами с хвостовиком кулачкового вала топливного насоса и косыми шлицами с шестерней, выполненной за одно целое с гидроцилиндром и связанной с передачей двигателя, и регулировочный шток, подпружиненным поршнем, выполненный как одно целое с регулировочным штоком и размещенный в гидроцилиндре по другую сторону упомянутой перегородки, а полость, образованная подпружиненным поршнем и перегородкой, сообщены соответственно дополнительными каналами с системой смазки двигателя, при этом в дополнительный канал, сообщающий полость, образованную подпружиненным поршнем и крышкой, с системой смазки двигателя, встроен датчик нагрузки, а в дополнительный канал, сообщающий полость, образованную подпружиненным поршнем и перегородкой, с системой смазки двигателя, встроен электромагнитный клапан, причем в электрическую цепь электромагнитного клапана включены основной выключатель и кнопочный выключатель, имеющий кинематическую связь со штоком механизма переключения передач автомобиля.

Преимущества известной конструкции очевидны, обеспечивается изменение угла опережения начала подачи топлива по нескольким параметрам, т.е. от частоты вращения коленчатого вала двигателя и нагрузки на двигатель. Однако такая конструкция имеет и свои недостатки, заключающиеся в отсутствии возможности регулировать угол опережения впрыска топлива с большой точностью на заданный угол, учитывая параметры надувочного воздуха (давление и температуру), температуры топлива и его вида (дублирующее или резервное). Это связано с тем, что управление происходит в результате воздействия кулачков, поворачивающихся на осях под действием центробежной силы, на золотник, а также воздействия давления масла из системы смазки двигателя на поршни муфты изменения угла опережения начала подачи топлива, при этом давление масла в системе смазки двигателя зависит от его температуры и производительности масляного насоса. Кроме того, известная конструкция не позволяет, учитывать параметры топлива и системы питания двигателя воздухом, при регулировании угла опережения впрыска топлива.

Недостаток точности регулирования, а также учета параметров двигателя и окружающей среды частично решен в конструкции электронно-механической муфты регулирования момента начала впрыскивания топлива [2], состоящей из корпуса, в котором на подшипнике установлена ведущая полумуфта с прямыми шлицами, кинематически соединенная с коленчатым валом, ведомой полумуфтой с косыми шлицами, жестко установленной на кулачковом валу ТНВД и связанной через шлицы и втулки, установленной с возможностью осевого перемещения, с ведущей полумуфтой, причем втулка прижата пружиной через упорный подшипник и ролики к торцовым глобоидальным кулачкам, выполненным за одно целое с червячным колесом, установленным на радиальных подшипниках на кулачковый вал и опирающимся через упорный подшипник на корпус, червяк червячного редуктора жестко связан с электродвигателем постоянного тока, электрически соединенным с электронным блоком управления. Ролики шарнирно установлены в вильчатом рычаге, шарнирно установленном в корпусе. Датчик положения коленчатого вала дизеля, электрически связанный с электронным блоком управления, установлен в корпусе над колесом-отметчиком, выполненным за одно целое с ведущей полумуфтой, а датчик положения кулачкового вала также установлен в корпусе над колесом-отметчиком, жестко установленным на кулачковом валу ТНВД.

Преимуществом данной конструкции является обеспечение более точного поворота кулачкового вала ТНВД на угол заданный блоком управления, в зависимости от положения коленчатого вала двигателя, и параметров окружающей среды. Точность обеспечивается за счет применения червячного колеса, выполненного заодно с торцовыми глобоидальным кулачками при повороте они воздействуют на ролики, расположенные на рычаге, которые воздействуют на упорный подшипник, установленный на подпружиненной втулке, которая в результате воздействия перемещается, поворачивая кулачковый вал ТНВД.

Недостатком данной конструкции следует отметить, сложность изготовления поверхности торцовых глобоидальных кулачков, по которой движутся ролики. Анализируя конструкцию и работу устройства можно с высокой долей вероятности прогнозировать быстрый износ поверхности торцовых глобоидальных кулачков, вследствие воздействия неравномерного вращения прижатых к ней роликов. Неравномерность вращения роликам передается от прижатого к ним с другой стороны упорного подшипника, который механически связан с кулачковым валом ТНВД. Ролики, расположенные на рычаге, прижимаются к упорному подшипнику в двух точках, что не достаточно для надежной фиксации положения упорного подшипника в продольной плоскости. Это будет приводить к тому, что поджатый пружиной упорный подшипник при воздействии кулачков будет иметь незначительное изменение положения в продольной плоскости, что при вращении, особенно неравномерном, приведет к биению и вибрации.

Известна конструкция устройства изменения угла опережения начала подачи топлива силовой установки танка [3], которая содержит ведущую муфту с прямыми шлицами, подвижную втулку с прямыми и косыми шлицами, связанную с ведомым валом топливного насоса высокого давления, имеющего косые шлицы, и со штоком, выполненному в виде круглой зубчатой рейки, понижающий редуктор, прямозубую шестерню, которая находится в зацеплении со штоком, образуя зубчато-реечную передачу, шаговый электродвигатель, находящийся в одном корпусе с понижающим редуктором, микропроцессорный блок управления, датчики угла опережения впрыска топлива, частоты вращения коленчатого вала двигателя, давления надувочного воздуха, температуры надувочного воздуха, положения рейки топливного насоса, вязкости топлива.

Преимущества данного устройства заключаются в простоте изготовления, учете параметров систем силовой установки при выборе угла опережения впрыска топлива, а также возможности точной установки угла опережения впрыска топлива, за счет применения шагового электродвигателя, соединенного с зубчатой рейкой через понижающий редуктор. Однако эта конструкция имеет недостатки, заключающиеся в применении понижающего редуктора с зубчатой передачей и зубчато-реечного привода муфты топливного насоса высокого давления (ТНВД). Такая передача имеет радиальные и осевые зазоры не позволяющие обеспечить перемещение муфты с высокой точностью и плавностью. Кроме того, в известной конструкции не учитывается вид применяемого топлива, что не обеспечивает высоких энергетических и экономических показателей при работе дизельного двигателя на дублирующих или резервных видах топлива.

Таким образом, для обеспечения высокой точности и плавности при любом значении продольного перемещения подвижной втулки входящей в зацепление с кулачковым валом ТНВД необходимо применять такой механизм, в котором отсутствуют радиальные и осевые зазоры, обеспечивается высокая точность перемещения. Также при выборе угла опережения начал впрыска топлива учитывается вид топлива (дублирующее или резервное).

Техническим результатом заявляемого предложения является повышение эффективности использования привода муфты опережения впрыска топлива за счет обеспечения высокой точности и плавности поворота кулачкового вала ТНВД, а также учете вида топлива при определении угла начала подачи топлива в цилиндры дизельного двигателя.

Технический результат достигается тем, в поршне на подшипниках установлен ползунок, представляющий собой сепаратор с шариками, расположенный во втулке, с крышкой, закрепленной к ней шпильками, выполненный с возможностью перемещать поршень в продольном направлении, перемещаясь по ходовому винту вала, выполненному с возможностью вращения через червячный редуктор электродвигателем, блок управления в зависимости от показаний датчиков положения коленчатого вала двигателя, частоты вращения коленчатого вала, положения кулачкового вала топливного насоса высокого давления, положения топливной рейки топливного насоса высокого давления, давления надувочного воздуха, температуры надувочного воздуха, температуры топлива, вида топлива, выполнен с возможностью формирования сигнала на электродвигатель.

Предложение поясняется фигурой 1, где изображено в разрезе привод муфты опережения впрыска топлива, фигурой 2, где изображен поперечный разрез привода муфты опережения впрыска топлива, фигурой 3, где изображен ползунок.

Предлагаемая конструкция привода муфты опережения впрыска топлива содержит корпус 10 (фиг.1), внутри которого установлены зафиксированная стопорными кольцами втулка 11 и цилиндр 6 с крышкой 7, имеющей отверстие в центральной части, который имеет косые внутренние шлицы 9 и соединен болтами с шестерней привода 30, входящей в зацепление с шестерней 28 и крышкой 5, имеющей отверстие с установленной в нем манжетой. Во внутренней полости цилиндра 6 установлен поршень 12, способный перемещаться в осевом направлении, его наружные косые шлицы 8 входят в зацепление с косыми шлицами 9 цилиндра 6, а внутренние косые шлицы 18 входят в зацепление с косыми шлицами кулачкового вала 20 ТНВД. Пружина 14 установлена между кольцом 13 и кольцом 15, упирающимся во втулку 16, зафиксированную стопорным кольцом 17. Ползунок представляет собой сепаратор 24 (фиг.3) с шариками 25 расположенный во втулке 23 с крышкой 31, закрепленной шпильками. Ползунок устанавливается на одном конце ходового винта 22 вала 21 внутри поршня 12 на подшипниках 27, разделенных распорными кольцами 26 и зафиксированных стопорным кольцом 29 и крышкой 31. Другой конец вала 21 (фиг.1) с ходовым винтом 22 устанавливается на подшипники 3, расположенные в крышке 2, закрепленные шпильками через кольцо 1 на картере 4, который, в свою очередь, шпильками закреплен на корпусе 10. В образованной между картером 4 и крышкой 2 полости установлен понижающий редуктор, представляющий червячную пару. Червячное колесо 32 установлено на валу 21 с ходовым винтом 22 на шпоночное соединение. Входящий в зацепление глобоидальный червяк установлен на шпоночное соединение на валу 45 (фиг.2), размещенном на подшипниках 44 с одной стороны закрытых крышкой 43, закрепленной болтами к картеру 4, а с другой стороны проставками 48, притянутых к картеру 4 вместе с корпусом электродвигателя 33 винтами. Шлицы вала электродвигателя входят в зацепление со шлицами головки 47, установленной на резьбе в теле вала 45. Блок управления 34 соединен электромонтажным комплектом с электродвигателем 33 и датчиком положения коленчатого вала двигателя 35, датчиком частоты вращения коленчатого вала 36, установленными на хвостовике коленчатого вала дизельного двигателя (не показан), датчиком положения кулачкового вала 37 ТНВД, датчиком положения топливной рейки 38 ТНВД, датчиком вида топлива 39, установленными на ТНВД (не показан), датчиком давления надувочного воздуха 40, датчиком температуры надувочного воздуха 41, установленными во впускном коллекторе дизельного двигателя (не показаны), датчиком температуры топлива 42, установленном в фильтре тонкой очистки (не показан).

Предлагаемый привод муфты опережения впрыска топлива работает следующим образом. При работе дизельного двигателя крутящий момент от коленчатого вала передается через приводы (не показаны) шестерне 28 (фиг.1), которая, вращаясь, увлекает во вращение шестерню привода 30. Вместе с шестерней привода 30 вращается и прикрепленный к ней болтами поршень 6, который передает крутящий момент через внутренние шлицы 9 находящимися в зацеплении с внешними шлицами 8 цилиндра 12. Вращаясь, цилиндр 12 передает вращение и крутящий момент кулачковому валу 20 ТНВД, так как внутренние косые шлицы 18 цилиндра 12 входят в зацепление с внешними косыми шлицами 19 кулачкового вала 20 ТНВД.

В блок управления 33 (фиг.2) поступает информация о частоте вращения коленчатого вала двигателя с датчика частоты вращения коленчатого вала 35, о положении коленчатого вала двигателя с датчика положения коленчатого вала двигателя 36, о положении кулачкового вала ТНВД с датчика положения кулачкового вала 37 ТНВД, о количестве подаваемого топлива в цилиндры двигателя с датчика положения рейки 38 ТНВД, о виде заправленного топлива с датчика вида топлива 42, о давлении надувочного воздуха с датчика давления надувочного воздуха 39, о температуре надувочного воздуха с датчика температуры надувочного воздуха 40, о температуре топлива с датчика температуры топлива 41. Блок управления 34 производит постоянный анализ полученных данных по загруженному в него алгоритму и определяет оптимальный угол для начала подачи топлива в цилиндры. После определения блоком управления 34 оптимального угла для начала подачи топлива в цилиндры дизельного двигателя, он вырабатывает сигнал для вращения электродвигателя 33, который кинематически связан с кулачковым валом 20 ТНВД. Крутящий момент, развиваемый на валу электродвигателя 33, передается через головку 47 валу 45. Заодно с валом 45 поворачивается червяк 46, вращая червячное колесо 32, которое передает крутящий момент и вращение валу 21 (фиг.1) с ходовым винтом 22. При вращении вала 21 (фиг.3) с ходовым винтом 22 шарики 25 вовлекаются в движение по винтовым канавкам, поступательно перемещают ползунок и через перепускные каналы возвращаются обратно. Перемещаясь по ходовому винту 22, ползунок перемещает в осевом направлении поршень 12 (фиг.1). Внешние косые шлицы 8 и внутренние косые шлицы 18 которого перемещаются по внутренним косым шлицам 9 цилиндра 6 и наружным косым шлицам 19 кулачкового вала ТНВД 20 соответственно. При прямом ходе поршня 12 (уменьшение угла начала подачи топлива) сжимается пружина 14, а при обратном ходе (увеличение угла начала подачи топлива) пружина 14 разжимается, таким образом, выбираются зазоры в зацеплении косых шлиц поршня 12, цилиндра 6 и кулачкового вала 20 ТНВД. Так как в полости цилиндра 12 ползунок установлен на подшипниках 27, вращение на него не передается.

Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемый привод муфты опережения впрыска топлива позволяет повысить точность и плавность угла поворота кулачкового вала ТНВД, а также учитывать вид топлива при определении угла начала подачи топлива в цилиндры дизельного двигателя.

Источники информации

1. Патент на изобретение № 2 109 978 (RU). Муфта изменения угла опережения начала подачи топлива / Челябинский государственный технический университет // опубликовано 27.04.1998.

2. Патент на изобретение № 2 233 992 (RU). Электронно-механическая муфта регулирования момента начала впрыскивания топлива / ОАО «Ярославский завод дизельной аппаратуры» // Бюл. № 7 от 10.03.2004.

3. Патент на полезную модель № 211 096 (RU). Устройство изменения угла опережения начала подачи топлива силовой установки танка / Д.В. Шабалин, П.Е. Кобзарь, А.П. Проговоров, И.А. Фомин // Бюл. № 14 от 20.05.2022.

Claims (1)

1. Привод муфты опережения впрыска топлива, содержащий корпус, внутри которого установлены зафиксированная стопорными кольцами втулка, цилиндр с косыми внутренними шлицами, соединенный болтами с шестерней привода, связанный с кулачковым валом топливного насоса высокого давления, через поршень способный перемещаться в продольном направлении, имеющий наружные и внутренние косые шлицы, отличающийся тем, что в поршне на подшипниках установлен ползунок, представляющий собой сепаратор с шариками, расположенный во втулке, с крышкой, закрепленной к ней шпильками, выполненный с возможностью перемещать поршень в продольном направлении, перемещаясь по ходовому винту вала, выполненному с возможностью вращения через червячный редуктор электродвигателем, блок управления в зависимости от показаний датчиков положения коленчатого вала двигателя, частоты вращения коленчатого вала, положения кулачкового вала топливного насоса высокого давления, положения топливной рейки топливного насоса высокого давления, давления надувочного воздуха, температуры надувочного воздуха, температуры топлива, вида топлива, выполнен с возможностью формирования сигнала на электродвигатель.

Images