Автоматическая муфта для изменения угла опережения впрыска топлива с двухступенчатым центробежным механизмом
Владельцы патента RU 2276742:
ОАО "Центральный научно-исследовательский и конструкторский институт топливной аппаратуры двигателей" (ОАО ЦНИТА) (RU)
Изобретение относится к области двигателестроения. Муфта имеет ведущую и ведомую полумуфты, связанные соответственно с выходным валом двигателя и с кулачковым валом топливного насоса, находящиеся между ними две пары (две ступени) центробежных грузов с возвратными пружинами и опорными тарелками пружин, соединенные с полумуфтами при помощи пальцев, закрепленных в полумуфтах, и расположенных на пальцах сухарей, размещенных в наклонных сквозных пазах, выполненных в грузах со стороны этих полумуфт. Между собой смежные грузы соединены при помощи прямых пазов, выполненных в грузах одной из пар, и входящих в эти пазы выступов, предусмотренных на грузах другой пары. Технический результат - создание новой конструкции муфты, которая обеспечивала бы на всем протяжении характеристики от пуска до номинала требуемые экономические показатели дизеля при сохранении приемлемого уровня топливной экономичности. 4 ил.
Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к аппаратуре для впрыска топлива, и может быть использовано в дизельных двигателях для автоматического изменения угла опережения впрыска топлива в зависимости от частоты вращения вала двигателя.
Известны автоматические муфты изменения угла опережения впрыска топлива (АМОВТ) по авт. свид. СССР №622998 и №1236142, содержащие ведущую и ведомую полумуфты, между которыми расположены радиально движущиеся подпружиненные грузы, соединенные с обеими полумуфтами с помощью пальцев и сухарей. Максимальное перемещение грузов ограничивается наружным ободом.
Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности является АМОВТ по авт. свид. СССР №1273627. Она содержит ведущую и ведомую полумуфты, подпружиненные грузы, соединенные с полумуфтами при помощи попарно с обеих сторон расположенных пальцев, закрепленных в каждой из полумуфт, и расположенных на пальцах сухарей, размещенных в наклонных сквозных пазах, выполненных в грузах со стороны каждой из полумуфт. Эта муфта (прототип) отличается от аналогов тем, что с целью упрощения конструкции и повышения надежности каждый из грузов снабжен парой дополнительных тупиковых пазов, выполненных по оси наклонных пазов, причем в каждый из тупиковых пазов входят концевые части соответствующих пальцев. Таким образом, в этой муфте аннулирован обод-ограничитель, а его функцию выполняют тупиковые пазы в грузах в совокупности с пальцами в полумуфтах.
Недостатком этих муфт опережения впрыска топлива, как и всех известных механических муфт центробежного типа, является то, что они изменяют угол начала подачи топлива θ° при увеличении частоты вращения n только в сторону опережения. Скоростные характеристики муфт θ°=f(n) выбирались, исходя из условия обеспечения на всех скоростных режимах работы двигателя наименьшего удельного расхода топлива, т.е. наилучшей экономичности.
Однако в настоящее время при жестких требованиях к экологическим характеристикам двигателей в соответствии с нормами ЕВРО-2 такая оптимизация является недостаточной и приоритетным стало требование обеспечения наименьшего выброса вредных составляющих (NOx, CO и др.) в составе выхлопных газов при сохранении приемлемого уровня топливной экономичности. Кроме того, АМОВТ должна обеспечивать заданное значение угла опережения впрыска топлива на режиме пуска и при работе на минимальных оборотах холостого хода в целях улучшения пусковых качеств дизеля и устранения «белого дыма» соответственно. На фиг.4 такие требования Минского моторного завода (ПО ММЗ, Беларусь) изображены графически, в виде заданных характеристик θ°=f(n), которые должна обеспечивать АМОВТ для 4-цилиндрового дизеля Д-245 и 6-цилиндрового дизеля Д-620, выпускаемых этим заводом. Известно также, что увеличенный угол начала впрыска топлива при пуске требуется для всех дизелей с предкамерным или вихрекамерным смесеобразованием, например, для нового автотракторного дизеля ВАЗ-341 (г.Тольятти).
Такие задачи в топливных насосах распределительного типа решаются с помощью встроенных в насос гидромеханических автоматов опережения впрыска топлива, причем увеличение угла начала подачи при пуске двигателя производятся вручную.
Целью заявляемого изобретения является создание новой механической, многофункциональной, принципиально отличающейся от известных конструкций муфты с двухступенчатым центробежным механизмом, способным в совокупности с полумуфтами сформировать сложную, с очередным запаздыванием и опережением характеристику θ°=f(n), которая обеспечивала бы на всем протяжении характеристики от пуска до номинала требуемые экологические показатели дизеля в соответствии с нормами ЕВРО-2 при сохранении приемлемого уровня топливной экономичности.
Указанная цель достигается тем, что подпружиненные грузы выполнены в виде двух пар автономно и поочередно работающих подпружиненных грузов, соединенных между собой с помощью прямых пазов, выполненных в грузах другой пары и входящих в эти пазы выступов, предусмотренных в грузах другой пары. Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 показан общий вид муфты, на фиг.2 - продольный и поперечный разрезы, а на фиг.3 - характеристики θ°=f(n), которые может обеспечить заявляемая муфта.
Муфта имеет ведущую полумуфту 1, связанную с выходным валом двигателя, и ведомую полумуфту 2, связанную с кулачковым валом топливного насоса, между которыми расположен двухступенчатый центробежный механизм. В каждую ступень входят: пара грузов 3, соединенных с полумуфтами при помощи пальцев 5, запрессованных в полумуфты, и сухарей 6, надетых на пальцы и размещенных в наклонных сквозных пазах 7, выполненных в грузах со сторон полумуфт. Между собой грузы и ступени в целом (первая ступень прилегает к ведущей полумуфте, вторая - к ведомой) соединены с помощью прямых сквозных пазов 8, выполненных в грузах одной из пар, и входящих в эти пазы выступов 9, предусмотренных на грузах другой пары. Центробежной силе грузов противодействуют возвратные пружины 10, опирающиеся с обеих сторон на тарелки 11, надетые на штоки 12. Величина предварительного поджатия пружин определяется длиной штоков и самих пружин и, в случае необходимости, регулируется прокладками 13, устанавливаемыми между торцами пружин и опорными тарелками.
Муфта работает следующим образом (см. фиг.2 и 3). В диапазоне от пусковых оборотов (точка 1) до минимальных оборотов холостого хода (точка 2) и далее, до оборотов, соответствующих максимальному крутящему моменту двигателя (участок 3-4), работает первая ступень грузов, а от границы максимального крутящего момента (точка 4) до номинальных оборотов (точка 5) и далее (точка 6) срабатывает вторая ступень. На участке между точками 3 и 4 не должны работать ни одна, ни другая ступени центробежного механизма. Здесь угол опережения впрыска топлива самый поздний.
При увеличении частоты вращения грузы 3 первой ступени под действием центробежной силы стремятся отойти от оси вращения в радиальном направлении, т.е. оторваться друг от друга, но на участке 1-2 не могут преодолеть сопротивления предварительно поджатых пружин 4 и поэтому в начале не перемещаются. При этом угол начала подачи топлива (опережения впрыска) не меняется и остается таким, каким его отрегулировали при выставлении установочного угла на двигателе, т.е. оптимальным для режимов пуска и минимальных оборотов холостого хода.
При дальнейшем повышении частоты вращения грузы первой ступени начинают расходиться, преодолевая сопротивление пружин 10, и за счет наличия наклонных пазов 7 со стороны ведущей полумуфты 1 разворачиваются в ту или иную сторону сами, увлекая за собой грузы 3 второй ступени, ведомую полумуфту 2 и кулачковый вал топливного насоса.
Направление разворота зависит от направления наклона пазов в грузах. Если пазы в грузах первой ступени наклонены в ту же сторону, что и пазы в грузах второй ступени, то обе ступени обеспечивают в своих зонах действия (фиг.3) увеличения угла начала подачи топлива, а в муфте в целом это опережение суммируется (характеристика 2). Это качество новой муфты можно использовать для получения одного и того же угла взаимного разворота полумуфт при значительно меньшем диаметре муфты.
Если же в первой ступени направление пазов изменить на противоположное (характеристика 1), то на участке 2-3 будет происходить запаздывание впрыска. В точках 3 и 3′ грузы первой ступени встанут на упор, т.е. закончат свое функционирование, а грузы второй ступени еще не начнут расходиться, т.к. сдерживающие их пружины имеет большую, чем в первой ступени, величину предварительного сжатия пружин. Они начинают срабатывать соответственно в точках 4 и 4′. Таким образом, на участках 3-4 (3′-4′) наблюдается «мертвая» зона, где не работает ни та, ни другая ступени. При необходимости этот участок путем подрегулировки натяжения пружин может быть уменьшен до нуля, тогда характеристика первой ступени будет непосредственно переходить в характеристику, формируемую второй ступенью.
Грузы второй ступени, расходясь друг от друга (от точек 4 и 4′ до точек 5 и 5′), будучи связанными прямыми пазами 8 с выступами 9 грузов первой ступени и скользя по ним, через сухари 6 и пальцы 5 отталкивают своими наклонными пазами 7 ведомую полумуфту 2 в обоих случаях в направлении вращения, т.е. в сторону опережения впрыска, как это происходит в обычных муфтах.
После достижения грузами упора (внутренние тарелки 11 пружин 10 упрутся в наружные тарелки, или грузы достигнут шестерни, или то и другое произойдет одновременно) цикл действия муфты прекращается, дальнейшего увеличения угла θ° не происходит (участки 5-6 и 5′-6′).
При уменьшении частоты вращения все происходит в обратной последовательности.
На графике фиг.4 изображены требуемые, расчетные и экспериментальные характеристики АМОВТ 19.1121010, разработанной и изготовленной в ОАО ЦНИТА для применения на дизелях ПО ММЗ. Конструкция муфты в точности соответствует заявляемой формуле изобретения. Из представленных данных видно, что несмотря на сложность поставленной задачи - получение знакопеременной характеристики θ°=f(n) в заданных пределах - она была успешно решена: экспериментальные характеристики муфты укладываются в заданные зоны.
Автоматическая муфта для изменения угла опережения впрыска топлива, содержащая ведущую полумуфту, связанную с выходным валом двигателя, и ведомую полумуфту, связанную с кулачковым валом топливного насоса, подпружиненные грузы, соединенные с полумуфтами при помощи попарно с обеих сторон расположенных пальцев, закрепленных в каждой из полумуфт, и расположенных на пальцах сухарей, размещенных в наклонных сквозных пазах, выполненных в грузах со стороны каждой из полумуфт, отличающаяся тем, что она снабжена второй парой подпружиненных грузов, установленных с возможностью автономной и поочередной работы, соединенных между собой с помощью прямых пазов, выполненных в грузах одной из пар, и входящих в эти пазы выступов, предусмотренных в грузах другой пары.
