Устройство для регулирования подачи топлива в двс

 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к аппаратуре автоматического регулирования подачи топлива в цилиндры двигателя внутреннего сгорания. Техническая сущность изобретения состоит в том, что устройство, содержащее в едином корпусе подпружиненную мембрану, взаимодействующую с регулирующим органом в виде односедельного затвора со штоком, имеет цилиндропоршневую пару и упругодеформируемую тонкостенную втулку, взаимодействующую с пружиной мембраны с ее внутренней стороны, обуславливая возникновение сил трения в месте контакта втулки с витками пружины. Эти силы трения являются дополнительными средствами для регулирования подачи топлива в цилиндры ДВС наряду с силами упругости мембранной пружины. 4 ил.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к технике автоматического регулирования подачи топлива в цилиндры двигателя внутреннего сгорания.

Известно регулирующее устройство, содержащее датчик, связанный с управляющим элементом, выполненным в виде коромысла, одно плечо которого связано с регулирующим органом, а другое - с задатчиком, выполненным в виде пружины с регулировочным элементом, связанной с опорной шайбой [1]. Пружина расположена на коромысле через качающуюся опору, выполненную в виде тарелки со сферическими углублениями, опирающейся на сферический наконечник.

Недостатком известного устройства является то, что при посадке пружины непосредственно на коромысло увеличивается приведенная к оси датчика жесткость пружины. При посадке пружины на тарельчатую опору со сферическим углублением вследствие неперпендикулярности торцов пружины и эксцентриситета силы пружина устанавливается относительно оси опоры с некоторым перекосом. При перекосе несколько изменяется момент силы от пружины на коромысле за счет изменения направления силы. Поскольку не известно, в какую сторону произойдет перекос опоры пружины и проворот ее вокруг оси при работе, изменение момента силы пружины будет неопределенным и приведет к перестройке регулирующего устройства. Кроме того, качающиеся опоры можно применить в случаях установки регулировочного винта внутри опоры.

Известно также устройство для регулирования режима работы путем дозирования определенного количества рабочей жидкости. Это устройство устанавливает необходимое проходное сечение между клапаном и седлом регулирующего органа и содержит датчик, соединенный с управляющим элементом, выполненным в виде коромысла, установленного на оси, одно плечо которого связано через клапан с седлом регулирующего органа, а другое плечо связано с задатчиком, выполненным в виде пружины, и регулировочный элемент [2]. Особенность известного устройства в том, что коромысло имеет двухточечный контакт через опорную шайбу с пружиной сжатия.

Введение передаточных элементов ухудшает быстродействие исполнительных устройств за счет возрастания инерционности, а также снижает их надежность из-за увеличения количества деталей, каждая из которых может быть источником отказа. В известной конструкции устройства для регулирования используется пружина с заданной жесткостью, которая в процессе эксплуатации изменяется по величине за счет "старения", т.е. материал пружины изменяет свою структуру от многоцикловой деформационной нагрузки.

Широко известно и устройство для регулирования расхода рабочей среды, устанавливаемое на трубопроводе и выполненное в виде регулирующего двухседельного клапана с мембрано-пружинным исполнительным механизмом. Командный сигнал с помощью мембраны и возвратной пружины преобразуется в перемещение штока с затвором, который изменяет проходное сечение, а следовательно и пропускную способность регулирующего клапана [3]. Регулирующий клапан содержит регулирующий орган и пневматический исполнительный механизм. Конструкция клапана имеет мембрану, возвратную пружину, шток, корпуса регулирующего органа и исполнительного механизма, трубопровод для подвода сжатого газа в мембранную полость, затвор, седло, входную и выходную полости в корпусе регулирующего органа для рабочей среды. В корпусе исполнительного механизма имеется надмембранная полость для сжатого газа и полость для размещения возвратной пружины.

Недостатком известного устройства является использование дополнительной материальной среды - сжатого газа для воздействия на мембрану исполнительного механизма, что усложняет устройство и снижает надежность регулирования подачи топлива в ДВС.

Цель изобретения - повышение надежности и устойчивости процесса регулирования как за счет оптимизации процесса регулирования, так и за счет моделирования процесса "старения" - изменения характеристик объекта регулирования при эксплуатации.

Разработано устройство для регулирования подачи топлива в ДВС, содержащее подпружиненную мембрану в корпусе исполнительного механизма, регулирующий орган в виде односедельного затвора со штоком, взаимодействующего с мембраной, полость для размещения возвратной пружины мембраны в корпусе исполнительного механизма и полость для материальной среды, воздействующей на мембрану, а также входную и выходную полости для рабочей среды, разделенные затвором с седлом в корпусе регулирующего органа, и трубопровод для подвода материальной среды к полости мембраны.

Особенности устройства состоят в том, что оно снабжено цилиндропоршневой парой и упругодеформируемой тонкостенной втулкой с несколькими продольными надрезами в средней ее части; втулка размещена в корпусе исполнительного механизма с соосным расположением возвратной пружины мембраны и с возможностью контактирования с витками пружины с внутренней стороны при радиальном упругом деформировании втулки и оперта одним торцом на поршневой элемент цилиндропоршневой пары, а другим торцом - на неподвижную площадку в виде кольца внутри возвратной пружины.

Устройство имеет общий разветвленный трубопровод для подачи топлива, одно ответвление которого имеет вход в полость мембраны через регулируемый дроссель, другое ответвление - вход в полость цилиндропоршневой пары, а третье основное ответвление - во входную полость корпуса регулирующего органа.

Трубопровод для подвода материальной среды к полости мембраны имеет постоянный дроссель и сообщает полость мембраны и выходную полость регулирующего органа.

Существенной особенностью разработанного устройства является введение дополнительного физического параметра регулирования в виде автоматического изменения величины жесткости мембранной пружины за счет действия сил упругости цилиндрической винтовой пружины при ее осевом сжатии и сил трения, возникающих при контакте витков пружины с внешней поверхностью упругодеформируемой в диаметральном направлении цилиндрической втулки с надрезами в средней ее части.

На фиг.1 показана схема устройства регулирования подачи топлива в ДВС; на фиг.2 - втулка с надрезами в средней ее части в состоянии упругого деформирования в диаметральном направлении; на фиг.3 - схема процесса контактирования мембранной пружины и втулки с надрезами; на фиг.4 - графическое изображение изменения характеристики мембранной пружины.

Устройство регулирования подачи топлива в ДВС содержит корпус 1 регулируемого органа и корпус 2 исполнительного механизма, при этом в корпусе регулируемого органа размещен затвор 3 со штоком 4, а также образованы входная и выходная полости, разделенные затвором 3 с посадкой в седло. В корпусе 2 исполнительного механизма установлена мембрана 5 с возвратной пружиной 6, а также выполнена цилиндрическая пара, поршневой элемент 7 которой воздействует на втулку 8, имеющую надрезы в средней ее части и расположенную соосно пружине 6 с возможностью контактирования с витками пружины при диаметральном деформировании, втулка опирается на кольцевую неподвижную площадку 9. Устройство регулирования подачи топлива в ДВС имеет разветвленный топливопровод, одно ответвление которого через регулируемый дроссель 10 имеет вход в подмембранную полость, другое ответвление - вход в полость цилиндропоршневой пары, третье ответвление, основное - вход в полость корпуса регулируемого органа. Выход топлива из подмембранной полости через постоянный дроссель 11 по трубопроводу направлен в выходную полость корпуса регулируемого органа (фиг.1).

Цилиндрическая тонкостенная втулка 8 имеет несколько надрезов в ее средней части с образованием упругого деформирования стенки в диаметральном направлении при воздействии на ее торцы силы сжатия (фиг.2). При диаметральном деформировании втулка 8 приобретает форму "бочки", и витки пружины 6 соприкасаются с внешней поверхностью втулки (фиг.3).

Изменение характеристики мембранной пружины представлено кривой линией 12 от начала координат в точке 0 до точки А, соответствующей положению максимальной силы нагружения на пружину 6, т.е. действию силы Р_max. При отсутствии сил трения в месте соприкосновения втулки 8 и витков пружины 6 характеристика пружины имеет вид прямой штрихпунктирной линии 13 при действии сил нагружения, представленных на графике (фиг.4) в виде прямой линии, т.е. нагрузки от Р_min = 0 до P_max (линия ОА) при осевом перемещении пружины на величину λ.

Регулирование подачи топлива в ДВС обеспечивается тем, что устройство поднастраивается путем перераспределения потока топлива по ответвлениям посредством регулируемого дросселя 10. Такая регулировка обеспечивает изменение силы трения витков пружины 6 о внешнюю стенку втулки 8 при ее диаметральном деформировании под действием поршневого элемента 7 цилиндропоршневой пары. Действие сил трения и сил упругости пружины обуславливает изменение ее характеристики по кривой ОВС (фиг.4).

Такое изменение упругости деформирования пружины обеспечивает автоматическую установку требуемого проходного сечения между затвором 3 и седлом регулируемого органа в процессе эксплуатации при естественном "старении" материала пружины.

Экспериментальные данные показали, что процесс разгрузки мембранной пружины распадается на два этапа. Вначале (прямая АВ), при уменьшении нагрузки от Р_max до P_B, внутренние силы упругости уравновешиваются силами трения. Затем при значительном уменьшении нагрузки внутренние силы упpугости, все еще сохранившие свое наибольшее значение, в состоянии преодолеть трение. Они возвращают сопряжение втулки и пружины в исходное положение (линия ВО на фиг.4).

Для предотвращения заклинивания угол β принимают больше угла трения ϕ . Общеизвестно, что tg ϕ= f, т.е. равен коэффициенту трения, который принимается в пределах f = 0,1-0,16 для сопрягаемых металлических элементов конструкции.

При конструировании таких сопряжений принимают β = 14-17^o; = - ; = - , где D - диаметр пружины; Н - шаг витков пружины; В - толщина стенки втулки.

Осевое перемещение втулки вычисляется по зависимости: λ = + , где n - число витков пружины; Р - сила действия на втулку; Е - модуль упругости материала втулки; β - угол сопряжения втулки и витков пружины; ϕ - угол трения; D_в - диаметр центров кривизны бочкообразной формы втулки; D_н - средний диаметр витков пружины;
F_в - площадь сечения втулки;
F_н - площадь сечения витка пружины.

Достоинство устройства для регулирования подачи топлива в ДВС состоит в том, что процесс регулирования осуществляется при использовании энергии топлива, подаваемого под давлением в цилиндры двигателя.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПОДАЧИ ТОПЛИВА В ДВС, содержащее подпружиненную мембрану в корпусе исполнительного механизма, регулирующий орган в виде односедельного затвора со штоком, взаимодействующего с мембраной, полость для размещения возвратной пружины мембраны в корпусе исполнительного механизма и полость для воздействия энергии материальной среды на мембрану, а также входную и выходную полости для рабочей среды, разделенные между собой затвором с седлом в корпусе регулирующего органа, и трубопровод для подвода энергии материальной среды к полости мембраны, отличающееся тем, что оно снабжено цилиндропоршневой парой и упругодеформируемой тонкостенной втулкой с несколькими продольными надрезами в средней ее части, при этом втулка размещена в полости корпуса исполнительного механизма с соосным расположением возвратной пружины мембраны и с возможностью контактирования с витками пружины с внутренней стороны при радиальном упругом деформировании втулки и оперта одним торцом в поршневой элемент цилиндропоршневой пары, а другой торец оперт на неподвижную площадку в виде кольца внутри возвратной пружины, кроме того, устройство имеет общий разветвленный трубопровод подачи топлива, одно ответвление которого имеет вход в полость мембраны через регулируемый дроссель, другое ответвление - в полость цилиндропоршневой пары и третье основное ответвление - во входную полость корпуса регулируемого органа, кроме того, трубопровод для подвода энергии материальной среды к полости мембраны имеет постоянный дроссель и соединяет полость мембраны и выходную полость регулируемого органа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4