способ регулирования углового взаимоположения ведущего и ведомого валов и устройство для его осуществления
Классы МПК: | F02D1/08 с передачей регулирующих импульсов к органам управления насоса, например имеющего силовой привод или сервомеханизм F02M59/20 изменение подачи топлива по количеству или во времени |
Автор(ы): | Соколов В.И. |
Патентообладатель(и): | Акционерное общество открытого типа "Завод топливной аппаратуры "Ярославль" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1994-05-10 публикация патента:
27.08.1997 |
Использование: дизелестроение. Сущность изобретения: с целью создания энергетически экономичной, надежной в регулировании по нескольким параметрам компактной муфты опережения впрыскивания топлива в цилиндры двигателя внутреннего сгорания, предложены способ регулирования и устройство для его осуществления. Изобретение характеризуется тем, что угловое взаимоположение ведущей и ведомой полумуфт, зависящее от частоты вращения и, соответственно, от угла расхождения грузов, корректируют через гидромеханические преобразователи и серводвигатели, встроенные в муфту и помогающие пружинам грузов уравновешивать центробежную силу с помощью системы автоматического (или ручного) корректирования с исполнительным механизмом, который может быть как электромеханическим, так и в виде индукционного тормоза. 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 8 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8
Формула изобретения
1. Способ регулирования взаимоположения ведущего и ведомого валов, соединяемых преимущественно через центробежную муфту, заключающийся в том, что центробежные силы, развиваемые при вращении грузов, компенсируют восстанавливающими силами сжимаемых пружин, угол разворота грузов![способ регулирования углового взаимоположения ведущего и ведомого валов и устройство для его осуществления, патент № 2088777](/images/patents/384/2088003/945.gif)
![способ регулирования углового взаимоположения ведущего и ведомого валов и устройство для его осуществления, патент № 2088777](/images/patents/384/2088006/920.gif)
A
![способ регулирования углового взаимоположения ведущего и ведомого валов и устройство для его осуществления, патент № 2088777](/images/patents/384/2088014/969.gif)
![способ регулирования углового взаимоположения ведущего и ведомого валов и устройство для его осуществления, патент № 2088777](/images/patents/384/2088003/945.gif)
![способ регулирования углового взаимоположения ведущего и ведомого валов и устройство для его осуществления, патент № 2088777](/images/patents/384/2088006/183.gif)
где A
![способ регулирования углового взаимоположения ведущего и ведомого валов и устройство для его осуществления, патент № 2088777](/images/patents/384/2088014/969.gif)
![способ регулирования углового взаимоположения ведущего и ведомого валов и устройство для его осуществления, патент № 2088777](/images/patents/384/2088014/969.gif)
А коэффициент, пропорциональный статическому моменту груза и относительному приращению угла
![способ регулирования углового взаимоположения ведущего и ведомого валов и устройство для его осуществления, патент № 2088777](/images/patents/384/2088003/945.gif)
E
![способ регулирования углового взаимоположения ведущего и ведомого валов и устройство для его осуществления, патент № 2088777](/images/patents/384/2088003/945.gif)
PVAR
![способ регулирования углового взаимоположения ведущего и ведомого валов и устройство для его осуществления, патент № 2088777](/images/patents/384/2088006/183.gif)
PVAR варьируемое (корректируемое) давление в контуре, нагруженном серводвигателем, развиваемое насосным узлом;
S площадь сечения поршня серводвигателя. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что величину гидросоставляющей восстанавливающей силы корректируют путем регулирования величины хода подвижной части насосного узла. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что величину гидросоставляющей восстанавливающей силы корректируют, регулируя затяжку клапанов, установленных на сливе серводвигателей, посредством бесконтактного индукционного тормоза, обмотку которого питают постоянным током изменяемой величины. 4. Устройство для регулирования взаимоположения ведущего и ведомого валов, состоящее из ведущей и ведомой полумуфт, жестко связанных с валами, взаимодействующих между собой через промежуточные элементы и подпружиненные грузы, составляющие в целом механизм центробежного преобразователя, размещенного в герметизированном корпусе, заполненном жидкой смазкой, причем функции демпфера выполняют расточки в грузах под пружины, закрытые с одной стороны стаканами-поршнями, а с другой дросселями для гидравлического гашения вынужденных колебаний грузов, содержащее также датчик углового взаимоположения полумуфт и систему принудительного корректирования углового взаимоположения по дополнительным параметрам через исполнительный механизм, отличающееся тем, что оно оснащено по меньшей мере одним гидромеханическим преобразователем насосным узлом, размещенным внутри объема муфты, состоящим из подпружиненной подвижной части плунжера, размещенного в цилиндре, внутренняя полость которого имеет гидравлическую связь с внутренним объемом муфты через всасывающий клапан, а через систему каналов и нагнетательный клапан с демпферами-серводвигателями по числу грузов, плунжер взаимодействует с контактной поверхностью образующей, обеспечивающей при обкатке вокруг нее заданную величину хода плунжера, причем образующая имеет связь с корпусом топливного насоса высокого давления, а система принудительного корректирования получает сигналы, пропорциональные углу разворота полумуфт от бесконтактного датчика Холла, и по меньшей мере один дополнительный сигнал, например, пропорциональный величине подачи топлива от датчика хода рейки топливного насоса высокого давления, и выдает на исполнительный механизм управляющий сигнал коррекции угла разворота полумуфт в соответствии с алгоритмом, обеспечивающим заданный баланс сил, приложенных к грузу. 5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что цилиндр насосного узла жестко связан с корпусом муфты. 6. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что насосные узлы встроены в грузы муфты. 7. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что исполнительный механизм корректирует положение образующей относительно оси вращения муфты. 8. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что исполнительный механизм корректирует величину затяжки пружин клапанов серводвигателей и содержит бесконтактный индукционный тормоз, питаемый изменяемым по величине постоянным током от системы принудительной коррекции взаимоположения полумуфт.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к дизелестроению, преимущественно для случаев регулируемого соединения вала двигателя с кулачковым валом топливовпрыскивающей аппаратуры (ТНВД) через центробежную муфту. Способ автоматического регулирования угла опережения впрыскивания топлива в цилиндр двигателя широко известен. Устройства, реализующие этот способ, обычно состоят из ведущей и ведомой полумуфт, соединенных через промежуточные элементы и подпружиненные грузы, и могут содержать демпфирующие элементы для гашения вынужденных колебаний грузов, вызываемых пиковым характером нагрузок (авт.св. N 1566063, кл. F02М 59/00). Однако эти устройства позволяют регулировать взаимоположение ведущего и ведомого валов лишь по одному параметру, угловой частоте вращения. Известен способ регулирования углового взаимоположения ведущего и ведомого валов по двум и более параметрам. В качестве примера воплощения такого способа можно привести устройство (авт. св. N 808678, кл. F02М 59/00). В данном устройстве центробежные силы, развиваемые вращающимися грузами, уравновешиваются восстанавливающей силой пружины с предзатяжкой, изменяемой смонтированным внутри муфты электромагнитным преобразователем, обмотка которого питается постоянным током через скользящие контакты, что и обуславливает низкую надежность устройства. Известен также способ регулирования угла опережения впрыскивания топлива дизеля при помощи серводвигателя, питаемого от системы смазки двигателя, с управлением золотником, приводимым индукционным тормозом, контролем текущего значения угла индукционным бесконтактным датчиком (авт. св. N 377536, кл. F02D 1/08). К недостаткам данного способа можно отнести необходимость подачи жидкой смазки через соединяемые ведущий и ведомый валы под высоким давлением. Оба этих способа, кроме того, требуют для своего осуществления электроуправляемой системы автоматического регулирования с питанием от бортовой сети транспортного средства. Известна также компактная конструкция автоматической муфты опережения впрыскивания топлива (АМОВТ), содержащая ведущую и ведомую полумуфты, соединяемые через промежуточные элементы и центробежные грузы с возвратными пружинами, и гидравлические демпферы в грузах (авт. св. N 878999, кл. F02M 59/00), но с возможностью регулирования угла разворота только по одному параметру, угловой частоте вращения. Задачей изобретения является предложение способа регулирования углового взаимоположения ведущего и ведомого валов в зависимости от двух и более параметров, энергетически экономичного, надежного на любых режимах работы двигателя, с возможностью его реализации в компактной конструкции АМОВТ, допускающей возможность установки на любой ТНВД соответствующей размерности с системой управления с малым потреблением энергии от бортовой сети. Поставленная задача решается тем, что кинематическая энергия вращающихся грузов с помощью центробежных механизмов преобразуется при развороте грузов в потенциальную энергию сжимаемых пружин, причем каждой частоте вращения соответствует определенное положение механизма, преобразующего угол разворота грузов в угол взаимоположения полумуфт, изменяют которое введением дополнительной энергии от одного и более гидромеханических преобразователей - насосных узлов, расположенных внутри объема муфты и приводимых в действие путем обкатки их подвижных частей вокруг образующей, выполненной на невращающейся части устройства, корпусе топливного насоса высокого давления (ТНВД), с возможностью изменения положения образующей в пространстве относительно приводов гидромеханических преобразователей при помощи системы автоматического (или ручного) регулирования, получающей сигнал от бесконтактного датчика угол разворота. При этом жидкую смазку, находящуюся внутри герметичного объема муфты, прокачивают с помощью гидромеханических преобразователей в нагнетательном контуре с избыточным давлением, нагруженным серводвигателями по числу грузов, в качестве которых используют применяющиеся в конструкциях АМОВТ радиальные расточки в грузах с находящимися в них возвратными пружинами, одними концами упертыми в торец расточки, а другими, через закрывающие стаканы-поршни, в расточку корпуса муфты. Таким образом, точки приложения восстанавливающей силы пружин и дополнительно вводимой гидросоставляющей совпадают, а внутренняя полость расточки под пружину системой каналов в грузах гидравлически связана с нагнетательным контуром и линией слива, с установленными в ней дросселями, открывающейся во внутреннюю плоскость АМОВТ. Таким образом, уравнение баланса сил, приложенных к грузу, будет иметь вид:A
![способ регулирования углового взаимоположения ведущего и ведомого валов и устройство для его осуществления, патент № 2088777](/images/patents/384/2088014/969.gif)
![способ регулирования углового взаимоположения ведущего и ведомого валов и устройство для его осуществления, патент № 2088777](/images/patents/384/2088003/945.gif)
![способ регулирования углового взаимоположения ведущего и ведомого валов и устройство для его осуществления, патент № 2088777](/images/patents/384/2088006/183.gif)
где A
![способ регулирования углового взаимоположения ведущего и ведомого валов и устройство для его осуществления, патент № 2088777](/images/patents/384/2088014/969.gif)
A коэффициент поддерживающей силы, пропорциональный статическому моменту груза относительно его оси и относительно приращения угла разворота груза a к углу взаимоположения валов q
w угловая скорость вращения АМОВТ вокруг оси вала ТНВД;
E
![способ регулирования углового взаимоположения ведущего и ведомого валов и устройство для его осуществления, патент № 2088777](/images/patents/384/2088003/945.gif)
Pvar
![способ регулирования углового взаимоположения ведущего и ведомого валов и устройство для его осуществления, патент № 2088777](/images/patents/384/2088006/183.gif)
Pvar варьируемое давление в нагнетательном контуре, нагруженном серводвигателями, развиваемое насосными узлами при обкатке их подвижных частей вокруг образующей, имеющей связь с корпусом ТНВД;
S площадь сечения поршня серводвигателя (стакана, закрывающего пружину груза в его расточке). Реализация данного способа регулирования по двум и более параметрам возможна за счет применения системы автоматического регулирования, охваченной местной отрицательной обратной связью через датчик углового взаимоположения ведущего и ведомого валов, отслеживающий текущее значение угла, а также получающей сигнал хотя бы от одного датчика дополнительного параметра, например величины подачи топлива от датчика хода рейки ТНВД, и в соответствии с заданным алгоритмом вырабатывающей управляющее воздействие, через исполнительный механизм передаваемое на гидромеханические преобразователи внутри АМОВТ. Не исключается также и режим ручного управления из кабины транспортного средства с визуальным контролем текущего значения угла посредством устройства индикации. Дополнительным положительным эффектом является уменьшение степени нечувствительности АМОВТ, как регулятора угла разворота, за счет подачи смазки под давлением в шарнирные соединения "груз-ось" и другие точки механизма, а также взаиморезервирование законов формирования восстанавливающей силы в случае отказов. Устройство для осуществления предлагаемого способа описано ниже как наиболее рациональное (по мнению заявителя) из возможных вариантов. На фиг.1 показан общий вид автоматической муфты опережения впрыскивания топлива (АМОВТ) в разрезе Б-Б на фиг.2; на фиг.2 та же АМОВТ в разрезе А-А на фиг. 1; на фиг. 3 частичный разрез В-В на фиг.2, положение магнитного флажка датчика Холла в окне ведомой полумуфты; на фиг.4 разрез АМОВТ Г-Г на фиг. 1, размещение насосных узлов в расточках ведомой полумуфты; на фиг.5 - фрагмент корпуса топливного насоса высокого давления (ТНВД) с приводом насосных узлов гидромеханических преобразователей; на фиг.6 разрез Е-Е на фиг. 5 узла привода каретки; на фиг.7 разрез Д-Д на фиг.5 каретки; на фиг.8 - структурная схема системы автоматического регулирования (САР) угла опережения впрыскивания по двум параметрам. Предлагаемое устройство для осуществления способа регулирования углового взаимоположения ведущего и ведомого валов состоит из следующих узлов и элементов. Автоматическая муфта опережения впрыскивания топлива 1 (фиг.1 и 2) содержит ведущую полумуфту 2, своими пальцами 3 контактирующая с ползунами 4, установленными с возможностью перемещения в тангенциальных расточках 5 грузов 6, надетых на оси 7 с возможностью углового разворота, ограниченного упором в корпус 8, жестко связанный с ведомой полумуфтой 9 винтами 10 через оси 7. Пружины 11 помещены в радиальные расточки 12 грузов 6, а противоположные концы пружин 11 через закрывающие их стаканы 13 упираются в корпус 8, внутренняя полость 14 которого заполнена жидкой смазкой, занимающей более половины свободного объема, герметизированного кольцом 15 и двумя манжетами 16 и 17. Ведущая полумуфта 2 имеет на наружной части выступы 18, а ведомая полумуфта 9 имеет на торце конусное осевое отверстие 19, в которое входит конец кулачкового вала 20, а также расточку 21, в которую выходят свободные концы плунжеров 22 (фиг.1 и 4) насосных узлов 23, включающих в себя также пружины 24, всасывающие 25 и нагнетательные 26 клапаны. Внутренняя полость 14 (фиг. 1, 2 и 4) через седла 27 всасывающих клапанов 25 соединяется с отверстиями 28 в ведомой полумуфте 9 и далее каналами 29 (фиг.4) с радиальными расточками 30 (направляющими плунжеров 22), образующими надплунжерные пространства насосных узлов, связанные каналами 31 с кольцевыми канавками 32 в расточках 33 (фиг.1) под оси 7 в ведомой полумуфте 9. Нагнетательные клапаны 26 питаются от канавки 32 через отверстия 34 и 35 в осях 7, центральные отверстия которых образуют контур низкого давления, объединенный каналами 36 и кольцевой канавкой 37 в ведомой полумуфте. Внутренние полости нагнетательных клапанов 26 через каналы 38, кольцевые выточки на осях 39 и тангенциальные каналы 40 (фиг.2) связаны с радиальными расточками 12, а с другой через дроссели 41 с калиброванными отверстиями 42, связанными с внутренним свободным объемом корпуса муфты 8. Уплотнение зазора ось-груз, находящегося под низким давлением, осуществляется уплотнительными кольцами 43 (фиг.1) в канавках оси 44 и 45. На заднем торце ведомой полумуфты 9 выполнено окно 46, закрытое немагнитной крышкой 47 (фиг.4), в котором размещен магнитный флажок 48 с торцом, выходящим в сторону крышки 47. Флажок 48 своей отогнутой частью размещен в тангенциальной канавке 49 и жестко соединен с грузом 6. На фиг.4 показаны предельные положения торца флажка 48 при минимальной и максимальной скоростях вращения, составляющие между собой угол разворота груза amax
Свободные концы плунжеров 22 (поджимаемых пружинами 24) выходят в центральную расточку 21 в ведомой полумуфте 9 (фиг.1 и 4) и находятся в постоянном контакте с поверхностью (образующей) эксцентрика 50, через подшипник 51, напрессованный на шейку 52 каретки 53 (фиг.5, 6 и 7), имеющей возможность перемещения в направляющих 54, выполненных в подшипниковой крышке 55 топливного насоса высокого давления (ТНВД) 56. На корпусе ТНВД на расстоянии r от оси вала 20 установлен бесконтактный датчик Холла 57, который ориентирован на магнитный флажок 48, расстояние до которого больше толщины крышки 47 на величину воздушного зазора
![способ регулирования углового взаимоположения ведущего и ведомого валов и устройство для его осуществления, патент № 2088777](/images/patents/384/2088012/916.gif)
![способ регулирования углового взаимоположения ведущего и ведомого валов и устройство для его осуществления, патент № 2088777](/images/patents/384/2088003/945.gif)
![способ регулирования углового взаимоположения ведущего и ведомого валов и устройство для его осуществления, патент № 2088777](/images/patents/384/2088006/920.gif)
![способ регулирования углового взаимоположения ведущего и ведомого валов и устройство для его осуществления, патент № 2088777](/images/patents/384/2088014/969.gif)
![способ регулирования углового взаимоположения ведущего и ведомого валов и устройство для его осуществления, патент № 2088777](/images/patents/384/2088014/969.gif)
![способ регулирования углового взаимоположения ведущего и ведомого валов и устройство для его осуществления, патент № 2088777](/images/patents/384/2088006/920.gif)
![способ регулирования углового взаимоположения ведущего и ведомого валов и устройство для его осуществления, патент № 2088777](/images/patents/384/2088014/969.gif)
![способ регулирования углового взаимоположения ведущего и ведомого валов и устройство для его осуществления, патент № 2088777](/images/patents/384/2088014/969.gif)
![способ регулирования углового взаимоположения ведущего и ведомого валов и устройство для его осуществления, патент № 2088777](/images/patents/384/2088003/945.gif)
![способ регулирования углового взаимоположения ведущего и ведомого валов и устройство для его осуществления, патент № 2088777](/images/patents/384/2088006/183.gif)
![способ регулирования углового взаимоположения ведущего и ведомого валов и устройство для его осуществления, патент № 2088777](/images/patents/384/2088003/945.gif)
![способ регулирования углового взаимоположения ведущего и ведомого валов и устройство для его осуществления, патент № 2088777](/images/patents/384/2088006/183.gif)
Класс F02D1/08 с передачей регулирующих импульсов к органам управления насоса, например имеющего силовой привод или сервомеханизм
Класс F02M59/20 изменение подачи топлива по количеству или во времени