Способ регулировки топливоподачи топливного насоса высокого давления двигателя внутреннего сгорания и привод для его осуществления

/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ ИПРИ ГННТ СССР МИТЕТТНРЫТИЯМ НИЕ ИЗОБРЕТЕН ИА НОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ 1(56) Авторское свидетельство СССР У 1138576, кл. Р 16 Н 53/04, 1983. (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВКИ ТОПЛИВОПОДАЧИ ТОПЛИВНОГО НАСОСА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И ПРИВОД ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение позволяет расширить функциональные возможности по согласованию динамических и фазовых характеристик топливоподачи. При перенастройке привода разблокируют сопряжениевтулки 9 с валом 6 путем подачи управляющего давления по каналам 11 к канавкам 12 при одновременной подачерабочей 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 нанаправляющих в новую позицию. Затемвосстанавливают блокировку кулачка 5.2 с. и 6 з.п. ф-лы, 10 ил.1539367 Кир ВМТ г,н г,к пн макс Не СиЬс,макс Рмин 1 макс 0 а - Ь ОС и Ч и пир Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано В системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания5Цель изобретения - расширение функциональных возможностей по согласованию динамических и фазовых характеристик топливоподачи.На Фиг, 1 показана система топливоподачи двигателя внутреннего сгора. ния, 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) иэопараметрических 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 сдвигов; на Фиг. 1 - характер смещения30 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;35 на фиг. 5 - графики скоростей плунжера и объемных скоростей нагнетания при регулировании по фиг. 3 и 4 (для .ЦП, выполненного по спирали Архимеда); на фиг. 6 - диаграмма изменения УГНН и угла геометрического конца нагнетания (УГКН) при регулировании по фиг. ч; на фиг. 7 - поле изопараметрическх 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:5 СА-В рабочий участок профиля кулачка;рабочий участок ЦП;позиция центра вращения кулачка на плоскости ЦП;точка на ЦП и его радиус-вектор, соответствующие моменту геомет-рического начала нагнетания;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); УГНН;УГКН;угол продолжительности нагнетания топлива; максимальный геометрический активный ход . плунжера;геометрически активный ход плунжера;точка на ЦП и доля геометрически активного хода плунжера, соответствующие промежуточному моменту нагнетания; 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 в начале и в конце максимального геометрически активного хода плунжера;точка пересечения дуг,описанных радиусами, равными Р иакс соответственно из точек а и Ь ЦП;мгновенные (текущие)скорость движения плунжера и объемная скорость393676 5 15нагнетания соответственно;7 - СОСН;Я - шаговый интервал перемещения кулачка;и о - линейное смещение ку"лачка и рекомендуемоепредельное его значениесоответственно;Т - Т - направления смещенийкулачка и ЦП;е - е - направления смещенийцентра вращения наплоскости ЦП.Способ может быть реализован всистеме топливоподачи, содержащей.топливный насос 1 плунжерного типа,толкатель 2, ролик 3, форсунку 4 ипривод топливного насосаПривод содержит кулачок 5, установленный на опорном элементе ведущего вала 6 с воэможностью регулиро"вочно-установочного шагового смещения поперечно валу по двум взаимнопересекающимся направлениям.Опорный элемент выполнен из шайбы 7 и составной шайбы, жестко зак",репленных на валу 6, Составная шайбавыполнена иэ наружного диска 8 ивнутренней конической втулки 9, со"пряженной по поверхности 10 с валом .6 по посадке с регулируемым натягом.Втулка 9 снабжена маслоподводящимиканалами 11 и канавками 12 и сопряжена с реверсивным гидродомкратом13, последний выполнен с полостями.14 и 15. Диск 8 снабжен каналами 16и канавками 17. Кулачок 5, шайба 7и диск 8 снабжены линейными направ.ляющими 18 и 19, выполненными зуб"чикового профиля с шагом Я, и Я.Устройство для осуществленияпредлагаемого способа работает следующим образом,Вращательное движение ведущеговала 6 посредством кулачка 5 и ролика 3 преобразуется е возвоатно-пос"тупательное движение толкателя 2и связанного с ним плунжера топлив"ного насоса 1, осуществляющего подачу топлива к форсунке 4,Перенастройку привода производятв следующей последовательности.Разблокируют сопряжение втулки 9с валом 6 путем подачи управляющегодавления по каналам 11 к канавкам12 при одновременной подаче рабочейсреды под давлением в рабочие полости 14 и 15 гидродомкрата 13. Понижа" 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 (принеобходимости расклинивания сопряжения диска 8 с втулкой 9 подают также управляющее давление по каналам16 к канавкам 17). При сдвинутомвправо диске 8 осуществляют шаговуюперестановку кулачка 5 на направляющих 18 и 19 в новую позицию, соответствующую заданному изменению СОСНи необходимому фазовому сдвигу УГНН.При этом сдвигают диск 8 влевовыбирая зазоры в сопряжениях кулачка5 с шайбой 7 и составной шайбой, ипри раэблокированном сопряжении втулки 9 с валом 6 осуществляют прессовое осевое поджатие кулачка междушайбой и диском путем подачи рабочейсреды под давлением в.полости 14 и15, причем вначале повышают давлениев полости 14 до значения, достаточО 15 20 25 ного для разблокировки сопряжения втулки 9 с валом 6, а затем повышаютдавление в полости 15. до величины,обеспечивающей необходимый уровеньосевого силового замыкания кулачка 5. Затем .восстанавливают блокировку Такое ограничение соответствует условию, согласно которому при любыхсопряжения втулки с валом путем сбрасывания давления в полости 14, сбра"сывают давление в полости 15, послечего кулачковый.привод готов к дальнейшей эксплуа та ции., Реализация способа наиболее выгодна в случае кулачка с выпуклым, профилем, который (по сравнению свогнутым) позволяет получить болееширокий диапазон изменения СОСН,так как в этом случае можно допуститьболее высокую кривизну профиля ибольшее продление рабочего участкабез выхода кулачка из приемлемыхконструктивных габаритов.При выпуклом профиле возможностиспособа характеризуются практическимдиапазоном смещений кулачка, которыйсоответствует перемещениям центра 50вращения на плоскости ЦП в пределахбазовой зоны (на фиг. 1 помеченаштриховкой), которая ограничена кривой Р - Р, полученной геометрическимсмещением контура ЦП вдоль линии ЬОЯ 55к фиксированной точке 0, соответствующей для выпуклого профиля реализации минимально возможной СОСН.перемещениях центра вращения в пределах базовой зоны и любых регулировках цикловой порции топлива приНН в условиях штатной высотмоксной выставки топливного насоса относительно оси ведущего вала, характеризуемой фиксированными значениямии УГКН остается меньшимгмин мокс ф- угла геометрического конца нагнетания при минимально возможг. к.ной СОСН, что исключает неоправданный сдвиг впрыска на линию расширения в процессе регулировокВариабельность траектории поступательного смещения кулачка в пределах области допустимых смещений обусловливает расширенные функциональныевозможности способа по реализацииразличных законов согласования СОСНИ УГНН по мере регулировки.При компенсации нестабильностигазодинамических характеристик топливоподачи по цилиндрам в многоцилиндровом двигателе и при использовании топлив повышенной сжимаемостисмещение выпуклого кулачка осуществляют по пологой, например изоградиентной, траектории Я - И (Фи-. 2)центра его вращения в поле криволинейных координат на плоскости ЦП,,проходящей диагонально противолежащим квадрантам этого полл один изкоторых расположен на стороне рабочего участка и вершины кулачка, адругой - на стороне затылка, причемполе координат образовано двумя семействами иэопараметрических кривых,первое из которых выполнено в видекривых (Ч = Ыещ, 1,33 Ъ = Ыегп,), описанных вершиной О скользящего по ЦП иэопараметрического тре-угольника ОвК, боковые стороны Оги ОК которого образованы радиус-векторами ),иг, соответствующими заданному режиму работы двигателя при штатной выставке топливного насоса, и образуют уголимеющий длл каждой кривой свое Фиксированное значение, а второе семейс гво выполнено в виде кривых (=лещ, чг= Ыеш, ), описанныхоснованием О вышеуказанного векторапри его посупаельном перемещении со скольжением вершиной гвдоль ЦП с различной Фиксированнойугловой ориентацией,Такая реализация способа сопровондается увеличением УГНН по мере павышения СОСН,При оптимизации гопливоподачи прифорсировании двигателя при компромиссной оптимизации его работы в определенном диапазоне режимов смещениекулачка осуществляют по траектории,например Р - Р центра его вращения по плоскости ЦП, проходящей впределах секториальной зоны (поме 10цена штриховкой на фиг, 3), ограниценной створом кривых Р - Рк иР - Р построенных при базовой пои изиции кулачка путем геометрическогосмещения к центру вращения контураЦП вдоль радиус-векторов гисоответствующих базовому ре 1 Г,Кжиму работы двигателя,При этом изменение СОСН сопровождается ограничением Фазовых сдвиговпериода геометрического нагнетания20относительно фазовой настроики этогопериода (см,я Фиг, ), оптимизированной, например по экономической эффективности, для заданного базового режима при заданной базовойпозиции кулачка,Так траектория Р - Рс удовлетворяет смещениям кулачка, при которыхк моменту ВИТ нагнетается одна и таЗОже доля топлива от цикловой подачи,определяемая соотношением Ь /Н.Возможности способа при осуществлении прямолинейного смещения кулачка, предусматривающего соблюдениезаданного характера согласования скоростных и Фазовых характеристик топливоподачи, практически ограничиваютсл меньшим диапазоном смещений всравнении с допускаемым базовой зо 40ной,Например, при регулировке, предусматривающей последовательную (по мере повышения СОСН при смещении кулачка из базовой позиции) минимизациюФазовых сдвигов периода нагнетания,характеризующуюся согласованнымвстречно-направленным сдвигом началаи конца нагнетания на базовом режиме(см. Фиг, б), соответствующий диапа зон представлен на плоскости ЦП зоной (помечена штриховкой на Фиг. 4),дополнительно ограниченной линиейпозиций центра вращения, для которыхкасательнал, -проведенная в точке пе ресечения его с наружной границей зоны Х оказывается параллельнойл-кнаправлению смещения.Вместе с тем прямолинейное смещение кулачка с зеркальной симметриейотносительно радиального направления смещения йозволяет производить регулировку топливоподачи при реверсивной работе двигателя предусматриваю щую одновременную оптимизацию ее для переднего и заднего хода.Широкие функциональные возможности способа и устройства позволяют эффективно их использовать в экспериментальных 10 исследованиях процесса топливоподачи на опытных отсеках цвигателя и стендах пользовать в экспериментальных исследованиях процесса топливоподачи на опытных отсеках двигателя и стендах 15 топливной аппаратуры,Использование их перспективно и с целью повышения унификации топливной аппаратуры двигателей различных модификаций, а также повышения эксплуата О ционных свойств двигателей, включая повышение экономичности. Формула и зобретения251, Способ регулировки топливоподачи топливного насоса высокого давле"ния двигателя внутреннего сгорания скулачково-роликовцм приводом, снабженным криволинейным кулачком, включающий перенастройку привода путемсмещения кулачка относительно ведуще-.го вала в плоскости вращения и последующую Фиксацию кулачка в заданномположении, о т л и ч а ю щ и й с я у 5тем, что, с целью расширения Функциональных возможностей путем расширения диапазона реализуемых законовсогласования средней объемной скорос. ти нагнетания и угла геометрического дначала нагнетания, смещение кулачкаосуществляют поступательно путем пря"молинейных перемещений по дзум взаим"но пересекающимся направлениям,2, Способ по и, 1, о т л и ч а ю - д 5щ и й с я тем, что, с целью повыше- .ния эффективности и оптимизации об"ласти изменения фазодинамических ха"рактеристик путем ограничения сдвигаконца нагнетания на отставание по ме- .ре увеличения средней объемной скорости нагнетания при использованиикулачка с выпуклым профилем, смещение центра вращения последнего осу"ществляют в пределах базовой зоны,примыкающей к фиксированной точке,расположенной на пересечении двухдуг, нижней и верхней, описанных източек центрового профиля, соответствующих 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.3. Способ по пп. 1 и 2, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что, с целью компенсации нестабильности фазодинамических характеристик топливоподачи по цилиндрам в многоцилиндровом дви"гателе и оптимизации характеристик подачи топлив повышенной сжимаемости путем сдвига начала .нагнетания на опережение по мере повышения средней объемной скорости нагнетания топлива для заданного базового режима работы двигателя, смещение кулачка осуществляют по пологой, например изоградиентной в системе криволинейных координат, результирующей траектории центра его вращения, ориентированной диагональю противолежащим квадрантам системы координат, один из которых расположен на стороне рабочего участка и вершины кулачка, а другой - на стороне затылка, причем система координат образована двумя семействами изопараметрических кривых, первое из которых выполнено в виде кривых, описываемых вершиной изопараметрического треугольника при его скольжении по центровому профилю, второе семейство выполнено в виде кривых, описываемых основанием радиус-вектора геометрического начала нагнетания при его поступательном перемещении со скольжением вершины вдоль центрового профиля при различных фиксированных угловых ориентациях, при этом стороны изопараметрического треугольника образованы радиус-векторами. центрового профиля, соответствующими геометрическим началу и концу нагнетания, а угол при вершине треугольника для каждой кривой имеет своефиксированное значение.Способ по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью1539367 М оптимизации топливоподачи путем обеспечения полного перекрытия фазовыхпериодов геометрического нагнетанияпри смещении кулачка из базовой позиции для базового режима, смещениецентра вращения кулачка осуществляютв пределах секториальной зоны, ограниченной узким створом двух кривых,образованных геометрическим смещением к центру вращения контура центрового профиля вдоль радиус-векторов, соответствующих геометрическимйачалу и концу нагнетания,5. Привод регулировки топливоподачи топливного насоса высокого давления двигателя внутреннего сгорания,содержащий кулачок, установленныйна опорном элементе ведущего вала свозможностью регулировочно-установочного линейного смещения в плоскостивращения, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью расширения функциональных возможностей, кулачокустановлен с воэможностью дополнительного регулировочно-установочного шагового поперечного смещения, торец кулачка снабжен прямолинейныминаправляющими, выполненными в виде.регулярных рядов зубцов, а торецопорного элемента - соответствующими зубцам канавками. 6, Привод по и. 5, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности и снижения трудоемкости регулировки, торец кулачка снабжен двумя группами, первой и второй, направляющих, размещенных под углом одна относительно другой, а торец опорного элемента снабжен соответствующими направляющим. канавками.7, Привод по и. 5, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности и упрощения регулировки, опорный элемент выполнен в виде двух шайб, жестко установленных на валу по разные стороны кулачка, привод снабжен реверсивным гидродомкратом, а одна из шайб выполнена составной из внутренней конической втулки и наружного диска с внутренним коническим осевым отверстием, соответствующим конической поверхности втулки, причем последняя установлена на валу по посадке с натягом с возможносью гидропрессовой разблокировки гидро- домкратом, а диск - на втулке.8. Привод по пп, 5 - 7, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения технологичности, первая группа направляющих размещена на пер вом торце кулачка, вторая - на втором торце.153936 В,А м ор.ректор И.Муска; едактор М. Банду а к Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 1 Составите Техред А. 9 Тираж 436сударственного комитета по изобр113035, 2 осква, Ж, Рауш Подписноеениям и открытиям при ГКНТ СССР кая наб., д. 4/5