РАЗДЕЛ 2
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ РЕГУЛИРУЕМОГО НЕРАВНОМЕРНОГО ВРАЩЕНИЯ КУЛАЧКОВОГО ВАЛА ТОПЛИВНОГО НАСОСА ДИЗЕЛЯ
2.1. Цель разработки нового привода и основные условия его проектирования
Для большинства типов дизелей, в том числе автомобильных и тепловозных, рабочая частота nд вращения вала двигателя изменяется в широком диапазоне и составляет обычно 40.....100% её номинального значения nн. На частичных режимах, режимах холостого хода и малых нагрузок скорость движения плунжера топливного насоса уменьшается в 2...2.5 раза и оказывается недостаточной для качественного распыливания топлива. Это ухудшает эксплуатационный расход топлива на частичных режимах работы дизеля и ограничивает возможности его уменьшения за счет дальнейшего снижения частоты nx.x холостого хода. Широкий диапазон изменения рабочих скоростей плунжера затрудняет проектирование топливной аппаратуры и снижает эффективность методов оптимизации её параметров.
Отмеченные недостатки связаны с использованием в дизелях традиционной жёсткой схемы привода кулачкового вала топливного насоса, имеющей неизменяемое передаточное отношение j=jc, где постоянная величина jc зависит от тактности дизеля (для насосов распределительного типа) и от схемы топливного насоса. Такое техническое решение является простейшим, но не единственно возможным.
Для разработки привода, организующего неравномерное вращение кулачкового вала ТНВД, были сформулированы следующие основные принципы [56]:
1. Условие синхронизации работы топливного насоса и дизеля. На всех режимах работы двигателя среднее jcр значение передаточного отношения j, вычисленное за промежуток времени между двумя последовательными вспышками топлива в цилиндрах дизеля, должно равняться jc. Фактически это означает, что неравномерное вращение организуется в пределах оборота, а для валов со многими кулачками - в пределах части оборота кулачкового вала.
2. Условие идентичности процессов впрыскивания в цилиндры. Для выполнения этого условия передаточное отношение j должно изменяться по периодическому закону с периодом, равным углу Фв поворота вала двигателя между двумя последовательными вспышками. Данное условие для дизелей с неравномерным чередованием вспышек может быть выполнено только приближённо.
3. Условие регулирования фазы неравномерного вращения. На всех режимах дизеля максимальные значения jmax передаточного отношения j приходятся на участки активного хода плунжеров, а минимальные значения jmin ? на паузы между впрыскиваниями.
4. Условие ограничения степени неравномерного вращения. На номинальном режиме амплитуда ?j=(jmax-jmin)/(2jc) относительного изменения передаточного отношения равна нулю, а при уменьшении частоты nд возрастает не быстрее, чем это возможно исходя из ограничения сил инерции толкателя, вызываемых угловым ускорением вала.
5. Условие регулирования угла опережения впрыскивания. Относительное угловое перемещение валов насоса и дизеля, вызванное неравномерным вращением, должно обеспечить требуемое (оптимальное) для каждого скоростного режима значение угла опережения впрыскивания ?=?опт(nд).
Графики изменения мгновенной угловой скорости ?н кулачкового вала, удовлетворяющие сформулированным принципам, приведены на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Графики изменения угловой скорости кулачкового вала ТНВД.
?н - мгновенная угловая скорость кулачкового вала ТНВД;
?н ном, ?кр м, ?н хх - соответственно мгновенная угловая скорость ку-
лачкового вала ТНВД на номинальном режиме, на режиме макси-
мального крутящего момента, на режиме холостого хода; ?н - угол
поворота входного вала привода насоса; Фв - угол поворота вала
двигателя между двумя последовательными вспышками топлива
в цилиндрах; nд - частота вращения коленчатого вала дизеля;
nн, nхх - соответственно частота вращения коленчатого вала дизеля
на номинальном режиме и режиме холостого хода.
Пунктиром показаны уровни средних скоростей ?н.ср, пропорциональные частотам nд вращения вала дизеля. Участки активного хода выделены штриховкой; наклон их левых границ соответствует изменению угла опережения ?, а правых ? главным образом определяется изменением цикловых подач топлива.
2.2. Механические преобразователи угловых скоростей вращения валов
Для реализации указанного выше характера изменения угловой скорости вращения кулачкового вала его привод должен быть оснащён механическими преобразователями угловых скоростей, переводящими равномерное вращение входного вала в неравномерное вращение выходного вала. В технике разработано и используется большое число типов таких преобразователей, объединяемых в отдельные классы. Наибольшее распространение получили плоские шарнирно-рычажные механизмы; кинематическая схема одного такого механизма приведена на рис. 2.2. К достоинствам этих механизмов в первую
Рис. 2.2. Шарнирно-рычажный четырехзвенный механизм.
очередь нужно отнести их простоту и надёжность в работе, а также малые габариты. Однако, для использования в регулируемом приводе топливного насоса автомобильного дизеля такие устройства оказываются мало эффективными, т.к. период изменения угловой скорости выходного вала составляет 3600, а угол поворота кулачкового вала между двумя последовательными вспышками топлива - не более 900.
В трансмиссии автомобиля используется карданная передача, выполненная на основе пространственных механизмов - шарниров Гука (рис. 2.3). За один оборот входного вала выходной вал этого шарнира имеет два периода изменения угловой скорости, что облегчает установку таких механизмов в приводе многосекционного ТНВД.
Рис. 2.3. Шарнир Гука.
Рис. 2.4. Некруглые зубчатые колёса.
Оптимальными с точки зрения кинематики и габаритов являются преобразователи,