Пристрій для управління кутовою швидкістю обертання вала приводу плунжера паливного насоса

Винахід належить до галузі двигунобудування, і призначений для підвищення технічного рівня паливних насосів дизелів за рахунок оптимізації об'ємної швидкості подачі палива плунжером. Відомий пристрій для управління кутовою швидкістю обертання вала приводу плунжера паливного насоса, [Вихерт М.М., Мазинг М.В. Топливная аппаратура автомобильных дизелей. Конструкция и параметры. - М.: Машиностроение, 1978. - С. 177] при якому передають обертання від вала дизеля з встановленим (рівномірним або нерівномірним) чергуванням моментів початку подачі палива в циліндри до вала приводу плунжера паливного насоса з розмежованими у часі періодами робочого ходу плунжерів, а передавальні відношення між цими валами підтримують постійним і однаковим на всіх режимах роботи дизеля. Для кожного проміжку часу між двома послідовними моментами початку подачі палива середнє значення передавальних відношень між валами дизеля і приводу плунжера залишається постійним для всіх режимів роботи дизеля, що необхідно для узгодження між роботою паливного насоса і робочими процесами в циліндрах дизеля (умова синхронізації); має силову погоджуючу передачу з жорсткими ланками, пов'язану з валом дизеля і валом приводу плунжера. Величина постійного передавального відношення однозначно визначається тактністю дизеля, а для насосів розподільного типу - і схемою паливного насоса. Такий пристрій використовується у всіх відомих паливних насосах з власним кулачковим валом і жорстким механічним приводом від вала дизеля. Недоліки цього пристрою: наявність жорсткої в'язі між валом дизеля і валом приводу плунжера не дозволяє добитися істотної оптимізації значень швидкостей руху плунжера на періоді його робочого ходу і, тим самим, перешкоджає підвищенню технічного рівня паливної апаратури дизеля; зниження частоти обертання вала дизеля від її номінальної величини супроводиться пропорційним зменшенням частоти обертання вала приводу і швидкостей руху плунжера на періоді його робочого ходу, що погіршує розпил палива в зоні середніх і нижніх частот швидкісного діапазону дизеля. В основу винаходу поставлено задачу створення пристрою для управління кутовою швидкістю обертання вала приводу плунжера паливного насоса шляхом установки вузла зміни миттєвого передавального відношення між валом дизеля і валом приводу плунжера паливного насоса, що дасть змогу забезпечити оптимальне значення об'ємної швидкості подачі палива плунжером. Поставлена задача вирішується тим, що пристрій для управління кутовою швидкістю обертання вала приводу плунжера паливного насоса, забезпечений вузлом зміни миттєвого передавального відношення, який має один і більше перетворювачів кутової швидкості обертання з періодичним законом передавальних відношень між ведучим і веденим валами перетворювача, виконаного у вигляді кулачково-синусного механізму, який містить кулачкову шайбу з геометричною віссю і робочим профілем, нерухомий корпус з гніздом для установки кулачкової шайби і фіксатором її повороту в гнізді, ведучий вал з двома направляючими отворами для переміщення робочого та замикаючого штовхачів, ведений вал з ексцентриком, причому вісі обертання ведучого і веденого валів перетворювача суміщені з геометричною віссю кулачкової шайби, робочий та замикаючий штовхачі виконані у вигляді циліндрів з роликами з однієї сторони та плоским днищем з іншої, ролики штовхачів контактують з робочим профілем кулачкової шайби, а днище - з ексцентриком веденого вала, причому ролики робочого та замикаючого штовхачів контактують зі своїми робочими профілями кулачкової шайби, кут між робочим та замикаючим штовхачами кратний половині кута періодичного повторення форми профілю кулачкової шайби; механізм управління фазами періодичних законів передавального відношення забезпечений виконавчим механізмом переміщення фіксаторів повороту кулачкових шайб першого і другого перетворювачів, причому кулачкові шайби встановлені в гніздах загального нерухомого корпусу співвісно один одному, а ведений вал першого перетворювача жорстко пов'язаний з ведучим валом другого перетворювача, кулачкові шайби першого і другого перетворювачів виконані з ідентичними формами профілів. Суть винаходу пояснює креслення Фіг.1; 2; 3; 4; 5; 6; 7. На Фіг.1 - два зображення, перетворювач у вигляді кулачково-синусного механізму; на Фіг.2 - зображено криву, що пояснює характер зміни передавальних відношень між валом приводу плунжера і валом дизеля з рівномірним чергуванням моментів початку подачі палива в циліндри коли період повторення закону зміни миттєвих передавальних відношень між валами дизеля і приводу плунжера насоса підтримують рівним мінімальному періоду чергування проміжків часу між послідовними моментами початку подачі палива в циліндри; на Фіг.3 - зображено криву, що пояснює характер зміни передавальних відношень між валом приводу плунжера і валом дизеля з рівномірним чергуванням моментів початку подачі палива в циліндри, коли період повторення закону зміни миттєвих передавальних відношень між валами дизеля і приводу плунжера насоса підтримують кратним мінімальному періоду чергування проміжків часу між послідовними моментами початку подачі палива в циліндри; на Фіг.4 - зображено криву, що пояснює характер зміни передавальних відношень між валом приводу плунжера і валом дизеля з нерівномірним чергуванням моментів початку подачі палива в циліндри коли період повторення закону зміни миттєвих передавальних відношень між валами дизеля і приводу плунжера насоса підтримують рівним мінімальному періоду чергування проміжків часу між послідовними моментами початку подачі палива в циліндри; на Фіг.5 - зображено криву, що пояснює характер зміни передавальних відношень між валом приводу плунжера і валом - дизеля з нерівномірним чергуванням моментів початку подачі палива в циліндри коли період повторення закону зміни миттєвих передавальних відношень між валами дизеля і приводу плунжера насоса підтримують кратним мінімальному періоду чергування проміжків часу між послідовними моментами початку подачі палива в циліндри; на Фіг.6 структурна схема пристрою з регульованою мірою нерівномірності обертання вала приводу плунжера, виконаного у вигляді двох кулачково-синусних механізмів; на Фіг.7 - варіант виконання пристрою по Фіг.6 для дизелів з рівномірним чергуванням моментів початку подачі палива в циліндри. На Фіг.1 - два зображення, показаний перетворювач кутової швидкості виконаний у вигляді кулачковосинусного механізму і включає кулачкову шайбу 2 з геометричною віссю 12 і робочим профілем 6, нерухомий корпус 1 з гніздом 4 для кулачкової шайби 2 і фіксатором 5 її повороту в гнізді 4, робочий плоский штовхач 8 з роликом 3, замикаючий плоский штовхач 9 з роликом 13, причому кут між робочим та замикаючим штовхачами кратний половині кута періодичного повторення форми профілю кулачкової шайби (на Фіг.1 кут періодичного повторення профілю рівний 45°, а кут між робочим і замикаючим штовхачами - 202,5°), ведучий вал 7, ведений вал 11, з ексцентриком 10. Вісі обертання валів 7 і 11 суміщені з геометричною віссю 12. Ролики 3 та 13 контактують з профілем 6 кулачкової шайби 2. Кулачкова шайба 2 має внутрішній робочий профіль 6. Пристрій працює таким чином. Вал 7 і робочий плоский штовхач 8 обертаються з постійною кутовою швидкістю wв х (Фіг.1), яка пропорційна кутовій швидкості обертання вала дизеля. Ролик 3 котиться по профілю 6, і, штовхаючи ексцентрик 10, змінює положення вала 11 відносно вала 7, збільшуючи його кутову швидкість під час wв их упорскування палива плунжером паливного насоса (Фіг.1). Ролик 13 котиться по профілю 6 і, штовхаючи ексцентрик 10, змінює положення вала 11 відносно вала 7, зменшуючи його кутову швидкість wв их після закінчення упорскування палива плунжером паливного насоса (Фіг.1). При цьому ексцентрик 10 і вал 11 обертаються з непостійною кутовою швидкістю wв их. За рахунок форми профілю 6 забезпечується необхідний закон зміни миттєвого передавального відношення j( jв х) (Фіг.1), де j( jвх ) = wвих (jвх ) / wвх jвх - поточне значення кута повороту вала 7 (Фіг.1). На Фіг.2, 3 представлені варіанти цих законів для дизеля з рівномірним чергуванням моментів початку подачі палива в циліндри, а на Фіг.4, 5 - для дизеля з нерівномірним чергуванням цих моментів. На Фіг.2-5 - прийняті наступні позначення: w (j ); Фп - мінімальний період зміни кутової швидкості обертання вала приводу вих вх Фв - кут повороту вала 7 приводу плунжера за мінімальний період чергування проміжків часу між послідовними моментами початку подачі палива в циліндри. Заштрихо вані області відповідають періодам робочого ходу плунжера паливного насоса, причому для багатосекційного насоса сусідні області на цих фігура х відповідають роботі різних секцій. На кожному режимі роботи дизеля закон зміни миттєвого передавального відношення j(jвх ) встановлюють ідентичним для всіх періодів робочого ходу плунжерів, що підвищує ідентичність в протіканні процесів упорскування палива в різні циліндри дизеля. Значення передавального відношення в період робочого ходу w (j ), плунжера підтримують вище їх середнього значення jс за період Фп зміни кутової швидкості вих вх що досить для забезпечення необхідної інтенсифікації процесу упорскування палива у всьому швидкісному діапазоні дизеля. Для тих дизелів, у яких для підвищення технічного рівня паливної апаратури на ряді режимів замість інтенсифікації процесу подачі палива необхідно знижувати інтенсивність цього процесу, на цих режимах використовують інші закони зміни передавального відношення j( jв х ), для яких в період робочого ходу плунжера виконується протилежна умова j( jвх ) < jc , що оптимізує для цього випадку значення кутової швидкості обертання вала 11 приводу плунжера. У паузах між періодами робочого ходу плунжерів закон передавального відношення j( jв х) може бути встановлений однаковим (у цьому разі величини Фв і Фп рівні, Фіг.2, 3) або різним (в цьому випадку величина Фп кратна величині Фв, Фіг.4, 5). У першому випадку відбувається істотне спрощення конструкції пристрою, особливо для багатоциліндрових дизелів з рівномірним чергуванням моментів початку подачі палива в циліндри; при цьому на профілі 6 кулачкової шайби 2 є кілька ділянок, що періодично повторюються. У другому випадку, при ускладненні форми профілю 6, знижується частота періодичного кінематичного збурення вала 11 привода плунжера і, як наслідок, знижується амплітуда вільних крутильних коливань цього вала. Всі вказані вище ознаки реалізовуються за рахунок відповідної форми профілю 6 кулачкової шайби 2. При використанні в пристрої, схема якого представлена на Фіг.6, перетворювачів 45, 46, виконаних у вигляді кулачково-синусних механізмів, стає можливим регулювання міри нерівномірності обертання вала 11 приводу плунжера за рахунок зміни фаз законів передавального відношення між ведучим і веденим валами перетворювачів 45, 46. Для зміни фази цих періодичних законів на необхідні величини d1 або d2 досить в важільно-кулачковому механізмі, схема якого представлена на Фіг.1, повернути кулачкову шайбу 2 в гнізді 4 нерухомого корпусу 1 на кут d1 і d2 і зафіксувати її в новому положенні фіксатором 5. У запропонованому варіанті пристрою, схема якого представлена на Фіг.6 механізм 48 управління фазами законів передавального відношення забезпечений виконавчим механізмом 80 переміщення фіксаторів 5 повороту кулачкових шайб 2 перетворювачів 45 і 46, кулачкові шайби 2 встановлені в гнізда 4 загального нерухомого корпусу 1 співвісно одна одній, ведений вал 51 перетворювача 45 жорстко пов'язаний з ведучим валом 50 перетворювача 46. При роботі цього варіанту пристрою закон зміни миттєвих передавальних відношень j між валами 7 і 11 дизеля і приводу плунжера визначається формулою: -1 j = j53 × j55 × j46 × ( j51 + d2 ) × j45 × (j51 + d1) (1) Для випадку, коли функції J45 і J 46 вибираються ідентичними, величина j визначається рівністю: -1 j = j c × j 45 × ( j51 + d2 ) × j45 × (j51 + d1) ( 2) У цьому випадку величина D = d2 - d1 визначає однопараметричну безліч законів зміни передавального відношення j( jв х) : при D = 0 виконана тотожність j( jвх ) = jc , і вал 11 приводу плунжера обертається рівномірно; в діапазоні робочих положень механізму 80 величина jmax максимального значення передавального відношення j( jв х) при зростанні величини D від 0 до Dmax монотонно зростає від j до jmax (D max ). с Відповідний вибір профілів 6 кулачкових шайб 2 дозволяє отримати необхідну зміну закону j( jв х) для дизелів з рівномірним і нерівномірним чергуванням моментів початку подачі палива в циліндри. На Фіг.7 представлена схема конкретного виконання цього варіанту пристрою, в якому кулачкові шайби 2 встановлені в гнізда 4 загального нерухомого корпусу 1 співвісно одна одній, ведений вал 51 перетворювача 45 жорстко пов'язаний з ведучим валом 50 перетворювача 46, кулачкові шайби 2 виконані з внутрішніми профілями 6 і вставлені в гнізда 4 з протилежним орієнтуванням профілів. Вказана сукупність ознак забезпечує виконання умови ідентичності законів передавального відношення j 45 (j), j 46 (j). Технічний результат: пристрій для управління кутовою швидкістю обертання вала приводу плунжера паливного насоса реалізує зміну миттєвого передавального відношення між валом дизеля і валом приводу плунжера і дає змогу забезпечити оптимальне значення об'ємної швидкості подачі палива плунжером паливного насоса на всіх режимах роботи дизеля. Виготовлений експериментальний зразок і проводяться експериментальні дослідження цього пристрою.