Устройства для изменения угла опережения впрыска

Оптимальный угол опережения подачи топлива в камеру сгорания дизеля устанавливают обычно на номинальном режиме его работы. При изменении частоты вращения коленчатого вала и нагрузки дизеля необходимо менять и угол опережения впрыска. Так, при снижении нагрузки наилучшее протекание рабочего процесса дизеля происходит при уменьшении угла опережения впрыска. Уменьшать угол опережения впрыска следует при снижении частоты вращения вала. Только при этих условиях сгорание будет происходить вблизи верхней мертвой точки и показатели рабочего процесса будут наилучшими.

Не все дизели одинаково реагируют на изменение угла опережения впрыска. Дизели с разделенными камерами, как известно, характеризуются более стабильным рабочим процессом. Они менее чувствительны к изменению скоростного и нагрузочного режимов работы. Поэтому изменение угла опережения подачи топлива в процессе их работы может не дать ощутимого эффекта В дизелях же с неразделенными камерами сгорания несоответствие угла опережения подачи скоростному и нагрузочному режимам приводит к резкому ухудшению экономических и мощностных показателей.

Характер изменения угла опережения подачи зависит и от типа насоса высокого давления и способа дозирования топлива. В золотниковых насосах высокого давления, в которых подачу топлива регулируют изменением конца подачи, угол опережения впрыска в процессе работы практически остается постоянным. При установке таких насосов на дизели с неразделенными камерами сгорания, работающих в широком диапазоне скоростных н нагрузочных режимов, изменение угла опережения подачи обязательно. Если в этих насосах цикловую подачу изменяют началом или началом и концом подачи, то каждой нагрузке соответствует и свой угол опережения подачи. При условии, что определенной скорости дизеля соответствует и определенная цикловая подача, регулировать дополнительно этот угол нет необходимости. В транспортных дизелях связи между нагрузкой и частотой вращения коленчатого вала не существует. Поэтому возникает потребность предусматривать специальные устройства для корректировки этого угла.

В насосах с дозированием количества подаваемого топлива дросселированием на всасывании с уменьшением подачи угол опережения впрыска уменьшается больше, чем требуется для оптимального протекания рабочего процесса. Это также ухудшает рабочий процесс, причем больше, чем при сохранении угла опережения подачи постоянным.

Таким образом, для абсолютного большинства дизелей, работающих в широком диапазоне изменения скоростных и нагрузочных режимов, с целью повышения их эффективности целесообразно устанавливать специальные устройства изменения угла опережения подачи в соответствии с режимам работы двигателя.

В настоящее время существует большое разнообразие конструкций таких устройств. Их разделяют на муфты опережения впрыска, приставляемые к насосам, и устройства, являющиеся неотъемлемой частью насоса высокого давления.

Муфты опережения впрыска

В этом случае устройство для изменения угла опережения впрыска конструктивно выполняют вместе с приводной муфтой топливного насоса высокого давления. Изменение угла опережения подачи топлива осуществляется при развороте кулачкового вала насоса относительно вала привода от руки, центробежными силами грузов, давлением жидкости или воздуха, электромагнитом и другими способами.

Приводные муфты насосов обеспечивают передачу крутящего момента, упругость передачи в моменты ее большей нагрузки. При наличии этих муфт допускается некоторая несоосность валов привода и насоса.

Схема муфты привода насоса

Рис. Схема муфты привода насоса:
1, 4 — втулки; 2 — фланец. 3 — шайба

Наиболее простая ручная муфта приведена на рисунке. Втулку 4 с двумя выступами А закрепляют на кулачковом валу насоса при помощи шпонки и фиксатора (обычно гайки). Промежуточный фланец 2 с двумя такими же выступами В соединен с втулкой 1 приводного вала при помощи двух болтов, проходящих через специальные прорези С. Выступы втулки и промежуточного фланца входят в прорези текстолитовой шайбы 3 и образуют муфту. В результате наличия прорезей С кулачковый вал насоса вместе с шайбой и промежуточным фланцем можно поворачивать на некоторый угол относительно приводного вала при ослаблении соединительных болтов. Для удобства регулирования на наружных цилиндрических поверхностях втулки 1 и фланца 2 нанесены деления. Поворот на одно деление соответствует 3°. При регулировке насоса на дизеле втулку 4 устанавливают по меткам на наружной цилиндрической поверхности втулки и корпуса насоса по первому цилиндру дизеля.

Для упрощения обслуживания дизеля устанавливают автоматические муфты опережения впрыска. Все автоматические приводы муфт делятся на механические, гидравлические и электромагнитные. Широко распространены центробежные механические и гидравлические приводы. Электромагнитные муфты реагируют на изменение частоты вращения коленчатого вала и нагрузки. Однако в результате сложности конструкции их пока не применяют.

Центробежные механические муфты

Центробежные муфты с шаровидными грузами

Рис. Центробежные муфты с шаровидными грузами:
а, б — варианты, 1 — ведущий диск, 2 — груз, 3 — ведомый диск, 4 — выступы диска, 5 — распорная пружина, 6 — регулировочная пружина

В центробежной автоматической муфте опережения впрыска (рис. а) ведущий диск 1, связанный с валом привода, передает крутящий момент ведомому диску 3, установленному на кулачковом валике насоса высокого давления, через грузы 2. В процессе работы диск 1 выступами 4 входит в соответствующие вырезы в диске 3, предотвращая осевое смещение. Диски прижимаются к грузам при помощи пружин 5.

При увеличении частоты вращения коленчатого вала дизеля грузы 2 под действием центробежной силы расходятся и воздействуют на профильные поверхности выступов ведомого диска 3, поворачивая его совместно с валиком насоса на определенный угол относительно ведущего диска 1. В результате этого угол опережения впрыска увеличивается. При уменьшении частоты вращения вала дизеля пружины преодолевают центробежную силу грузов и поворачивают ведомый диск совместно с валом насоса относительно ведущего диска в противоположную сторону, уменьшая угол опережения впрыска.

По такому же принципу работает и центробежная муфта, приведенная па рис. б. Между ведущим 1 и ведомым 3 дисками установлен груз 2, распорные 5 и регулировочная 6 пружины. При перемещении груза 2 по профильным поверхностям дисков в направлении от центра пружины 5 сжимаются, а регулировочная пружина, наоборот, разжимается. Суммарное же усилие всех пружин при этом растет. В результате ведомый диск и связанный с ним кулачковый вал топливного насоса высокого давления поворачиваются относительно ведущего диска в сторону увеличения угла опережения впрыска Перемещение груза к центру осуществляется распорными пружинами при снижении частоты вращения вала дизеля.

При помощи регулировочной пружины устанавливают диапазон работы муфты по частоте вращения вала, а подбирая соответствующую жесткость всех пружин, получают необходимую характеристику ее работы.

Центробежная муфта с рычажными грузами

Рис. Центробежная муфта с рычажными грузами: 1 — кулачковая втулка; 2 — пружина; 3, 5 — винтовые шлицы, 4 — муфта, 6 — ступица, 7 — грузы

Несколько по-другому работает муфта, схема которой приведена на рисунке. Центробежная сила грузов 7 действует на муфту 4, соединяющую ступицу 6 кулачкового валика насоса с кулачковой втулкой 1. Втулка 1 свободно посажена на ступице 6 и при помощи торцовых кулачков соединяется с приводным валом. На цилиндрической поверхности втулки 1 выполнены винтовые шлицы 3, входящие в винтовые пазы муфты 4, а на поверхности ступицы винтовые шлицы 5, перемещающиеся по винтовым пазам той же втулки. На одной стороне муфты пазы выполнены с левым шагом, а на другом — с правым. Центробежная сила уравновешивается силой пружины 2. При увеличении частоты вращения коленчатого вала дизеля центробежная сила грузов, преодолевая усилие пружины 2, передвигает муфту 4 влево. При этом ступица 6, закрепленная на валике шпонкой, повернется вместе с валиком в сторону увеличения угла опережения впрыска. При снижении частоты вращения вала дизеля пружина передвинет муфту 4 вправо, а кулачковый валик повернется в противоположную сторону.

Схема центробежной муфты с плоскими грузами

Рис. Схема центробежной муфты с плоскими грузами:
1 — диск, 2 — груз, 3 — ведомый вал, 4 — ведомые пальцы, 5 — лыска; 6 — пружина; 7 — ведущие пальцы, 8 — профильная поверхность

Использование центробежной силы грузов для взаимного смещения ведущего и ведомого валиков привода насоса высокого давления с целью изменения угла опережения впрыска лежит и в основе конструкции муфты, принципиальная схема которой приведена на рисунке. На ведомом валу 3 установлен диск 1 с двумя ведомыми пальцами 4, имеющими на конце лыски 5 упора цилиндрических пружин 6. На эти пальцы насажены грузы 2, которые под действием центробежной силы перемещаются в радиальном направлении, осуществляя повороты относительно осей пальцев. Пальцы 7 диска, закрепленного на ведущем валике, упираются в криволинейные поверхности 8 центробежных грузов. Крутящий момент от ведущего фланца к ведомому передается через ведущие пальцы 7, грузы 2, на которые давят пальцы, ведомые пальцы 4, диск 1 и далее на кулачковый вал насоса. Форма криволинейной поверхности 8 выполнена таким образом, что обеспечивает требуемую характеристику изменения угла опережения подачи топлива в камеру сгорания дизеля.

На ведущие пальцы воздействуют составляющая центробежной силы грузов и усилия пружины. С увеличением частоты вращения приводного вала центробежные силы грузов преодолевают усилие пружины и силы трения между пальцами и криволинейными опорными поверхностями, заставляя пружины сжиматься. В результате палец 4 сместится в сторону пальца 7, расстояние х между ними уменьшится, а угол опережения подачи топлива увеличится. Наоборот, три снижении частоты вращения приводного вала пружины 6 раздвинут пальцы и изменят угол опережения подачи в сторону его уменьшения. Конфигурация опорных поверхностей 8 грузов выбирается так, что при небольшой частоте вращения вала грузы проходят большие расстояния за один градус регулируемого угла опережения, а при повышении скоростного режима это расстояние уменьшается. Поэтому повышается перестановочное усилие муфты при небольшой частоте вращения коленчатого вала дизеля, когда центробежная сила грузиков небольшая. При повышенных скоростных режимах центробежная сила грузов интенсивно нарастает, поэтому необходим меньший их относительный путь. Отличительной особенностью конструкции этой муфты является то, что пружины непосредственно не участвуют в передаче крутящего момента, поэтому колебания их не передаются на ведомый вал и угол опережения подачи в процессе работы поддерживания более устойчиво.

Гидравлические муфты

Муфта с гидравлическим приводом

Рис. Муфта с гидравлическим приводом:
1 — хвостовик вала, 2 — ступица, 3 — прямые шлицы; 4 — косые шлицы, 5 — корпус чувствительного элемента, 6 — поршень; 7 — грузы; 8 — золотник; 9 — пружина золотника; 10 — пружина поршня, 11 — отверстия поршня, 12 — отверстия вала; А — подвод масла из системы

В автоматической муфте изменения угла опережения впрыска с гидравлическим приводом и центробежным чувствительным элементом, цилиндрическая часть поршня 6 имеет на наружной стороне прямые шлицы 3, входящие в прямые пазы ступицы 2 шестерни привода топливного наcoca высокого давления, а на внутренней стороне косые шлицы 4, которые входят в косые прорези хвостовика 1 вала насоса. К диску шестерни крепят корпус 5 центробежного чувствительного элемента с двумя грузами 7 в виде угловых рычагов. Грузы соприкасаются концами рычагов с золотником 8 масляного сервомотора.

Работает устройство следующим образом. При увеличении частоты вращения коленчатого вала дизеля центробежная сила грузов перемещает золотник 8 вправо, в результате чего открываются отверстия 11 поршня, через которые масло из полости хвостовика валика поступает под поршень 6 Давление масла действует на поршень и, преодолевая усилия пружин 9 золотника, перемещает его также вправо. Цилиндрическая часть этого поршня, двигаясь в осевом направлении, поворачивает хвостовик валика насоса относительно приводной шестерни в сторону увеличения угла опережения впрыска. Движение поршня 6 вправо прекращается после перекрытия отверстий И золотником 8. При уменьшении частоты вращения вала дизеля снижается центробежная сила грузов, поэтому пружина 9 передвинет золотник 8 влево и откроет отверстия 12, через которые масло из полости цилиндра будет перетекать в картер привода.

При уменьшении давления под поршнем 6 пружины 10 передвинут его влево, в результате чего хвостовик вала насоса повернется в сторону уменьшения угла опережения впрыска. Осевое перемещение поршня 6 прекратится после перекрытия отверстий 11 золотником 8.

Двухимпульсное устройство изменения угла опережения впрыска

Рис. Двухимпульсное устройство изменения угла опережения впрыска:
1 — регулировочный пинт, 2 — пружина, 3 — поршень; 4 — рычаг, 5 — камера, 6 — дроссельный винт, 7 — винтовые шлицы, 8 — муфта; 9 — прямые шлицы; 10 — ведомая втулка; 11 — вал, 12 — ведущая втулка; 13 — винт; 14 — шпонка

Рассмотренная муфта автоматического изменения угла опережения с гидравлическим приводом реагирует только на изменение скоростного режима работы дизеля. В процессе работы желательно изменять угол опережения впрыска и в зависимости от нагрузки дизеля. На рисунке показана схема одного из устройств, реагирующего как на изменение частоты вращения коленчатого вала, так и на изменение нагрузки. Муфта 8 этого устройства имеет на внутренней поверхности винтовые 7 и прямые 9 шлицы, входящие соответственно в винтовые пазы ведущей втулки 12 и прямые пазы ведомой втулки 10. Втулка 12 соединяется с ведущим валом, а втулка 10 с кулачковым валиком насоса шпонкой 14. Муфта 8 приводится в движение при помощи рычага 4, соединенного другим своим концом с поршнем 3. Поршень 3 нагружен с одной стороны пружиной 2, натяжение которой регулируется винтом 1, а с другой — давлением масла или топлива камеры 5. Дроссельный винт 6 связан с тягой регулирования нагрузки дизеля. При увеличении нагрузки дроссельный винт 6 поворачивается так, что в камеру 5 пропускается больше жидкости, в результате чего растет давление и поршень 3 передвигается влево, увлекая конец рычага 4. Аналогичное передвижение плунжера будет происходить при увеличении частоты вращения вала дизеля и неизменном положении дроссельного винта 6. Муфта 8 при этом передвигается вправо, осуществляя поворот втулки 10 и связанного с ней валика топливного насоса относительно ведущего вала в сторону увеличения угла опережения впрыска. Винтом 13 фиксируют втулку от осевого перемещения.

Насосные устройства опережения впрыска

Кроме муфт опережения впрыска, разворачивающих кулачковый вал насоса относительно приводного вала дизеля, существуют устройства, расположенные в самом насосе. В этом случае опережение впрыска осуществляется деталью или группой деталей насоса. Наиболее распространенный способ регулирования угла опережения деталью насоса — выполнение дозирующей наполнительной кромки на плунжере в дизелях со смешанным регулированием подачи.

Насосные устройства изменения угла опережения впрыска

Рис. Насосные устройства изменения угла опережения впрыска:
1 — промежуточная втулка, 2 — эксцентриковая втулка, 3 — толкатель, 4 — пружина

Угол опережения подачи можно изменять и при боковом смещении толкателя относительно оси кулачкового вала. В корпусе насоса установлена эксцентриковая втулка 2 с зубчатым сектором, входящим в зацепление с рейкой. Внутри этой втулки находится толкатель 3, пружина 4 которого вторым концом упирается в промежуточную втулку 1, зафиксированную от продольных перемещений. При повороте эксцентриковой втулки расстояние между осями плунжера насоса и стержня толкателя изменяется от нуля до величины е. При этом центральный кулачковый механизм обращается в механизм со смещенным толкателем, у которого ось толкателя не проходит через центр вращения кулачка. В результате изменяется место на рабочем участке профиля кулачка, соответствующее началу впрыска, а следовательно начало подачи по углу поворота вала насоса. Изменение начала подачи можно осуществлять и изменением длины толкателя (аналогично действию регулировочного болта толкателя). В этом случае также меняется начало подачи по профилю кулачка.

Однако эти способы уступают способу регулирования при помощи кромки плунжера, так как усложняется конструкция насоса и изменяется скорость движения плунжера. Последнее обстоятельство иногда ухудшает показатели рабочего процесса дизеля. Регулирование опережения подачи деталями самого насоса широко используют для насосов распределительного типа.

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.