Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, в частности к регулированию двигателей внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом.
Известны двигатели внутреннего сгорания с наддувом, центробежные регуляторы которых содержат корпус с центробежным чувствительным элементом и пневмокорректором, механизм связи, соединенный с рейкой топливного насоса, главный рычаг механизма связи, взаимодействующий с муфтой центробежного чувствительного элемента и шарнирно соединенный с первым ползунком кулисы, одноплечий рычаг механизма связи, шарнирно соединенный с вторым ползунком кулисы и рычагом штока мембраны пневмокорректора, имеющим выступы и тягу управления, механизм многотонности с многопозиционным упором, подвижной гильзой, выполненной с внешним и внутренним буртиками, втулкой и двумя пружинами для подпружинивания штока мембраны и подвижной гильзы, причем многопозиционный упор взаимодействует с внешним буртиком подвижной гильзы, а выступ штока мембраны - с внутренним буртиком подвижной гильзы, при этом втулка размещена в подвижной гильзе с возможностью осевого перемещения и ее фиксации. Двигатель снабжен вспомогательным рычагом, пружиной обогатителя с элементом регулирования величины предварительной деформации, кривошипом, промежуточным рычагом и всережимной пружиной, причем главный рычаг механизма связи кинематически связан с вспомогательным рычагом и подпружинен к нему пружиной обогатителя, при этом кривошип соединен с вспомогательным рычагом посредством всережимной пружины, а с тягой управления - через промежуточный рычаг.
Однако в этих двигателях регулирование угла опережения впрыска топлива осуществляется только по частоте вращения коленчатого вала двигателя. Такое регулирование не позволяет иметь оптимальный угол опережения впрыска топлива на переходных режимах и обеспечивает только его линейное регулирование, в то время как последние исследования в этой области показывают необходимость регулирования угла опережения впрыска топлива по другой (криволинейной) характеристике.
Цель изобретения - повышение качества регулирования угла опережения впрыска топлива.
Использование предлагаемого двигателя позволит путем регулирования угла опережения впрыска топлива по давлению наддува и частоте вращения коленчатого вала настраивать двигатель на получение мощностных и экономических показателей и за счет этого сэкономить 5-7% топлива; повысить среднюю скорость движения транспортных средств за счет уменьшения времени разгона и снизить таким образом себестоимость перевозок на 3-5% ; снизить дымность отработавших газов по сравнению с базовым двигателем на 5-6% ; вследствие уменьшения жесткости работы двигателя увеличить срок его службы на 3-5% .
Это достигается тем, что второй конец кулисы кинематически связан с муфтой опережения впрыска топлива, причем ролик, взаимодействующий с муфтой центробежного чувствительного элемента, установлен на середине главного рычага, а шток пневматического чувствительного элемента соединен с серединой одноплечего рычага.
На фиг. 1 приведена схема предлагаемого двигателя; на фиг. 2 - зависимость угла опережения впрыска топлива от частоты вращения коленчатого вала двигателя и давления наддува; на фиг. 3 - типичная характеристика турбокомпрессора.
Двигатель 1 внутреннего сгорания содержит турбокомпрессор 2, топливный насос 3 высокого давления, муфту 4 опережения впрыска топлива и регулятор 5 с кинематическим суммированием сигнала частоты вращения коленчатого вала двигателя с сигналом давления наддува и с переменным передаточным отношением от диска-упора 6 центробежного чувствительного элемента 7 к муфте 4 опережения впрыска топлива, снабженный главным рычагом 8 регулятора, который одним концом закреплен шарниром неподвижно, а другим через ползунок и кулису 9 связан с муфтой 4 опережения впрыска топлива, при этом ролик 10 установлен на его середине и находится в контакте с втулкой 11 центробежного чувствительного элемента 7. Диск-упор 6 опирается на шары 12, которые размещены в пазах крестовины 13. В этом состоянии главный рычаг 8 регулятора 5 поддерживается всережимной пружиной 14. Кулиса 9 через второй ползунок 15 соединена с одноплечим рычагом 16, к середине которого неподвижно через шарнир крепится рычаг 17 пневматического чувствительного элемента 18, имеющего полость над мембраной 19, соединенную трубопроводом 20 с воздухонапорной магистралью 21 турбокомпрессора 2, патрубком 22 цилиндра 23 двигателя 1, состоящего из мембраны 24 с тарелью и пружины 25. Второй конец одноплечего рычага 16 закреплен шарниром неподвижно.
Двигатель работает следующим образом.
В начальный момент разгона мы вдвигаем рейку насоса 3, увеличивая цикловую подачу топлива. Частота вращения коленчатого вала двигателя 1 (nd) почти мгновенно начинает расти. Давление наддува (Рк) в это время изменяется незначительно, потому что турбокомпрессор 2 обладает инерционностью и располагаемая энергия отработавших газов невелика вследствие прогрева "горячих" точек (мест поворота отработавших газов в коллекторе). Центробежный чувствительный элемент 7 также обладает некоторой инерционностью, поэтому в начальный момент, а именно 0,4-1 с (в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя 1 перед и после разгона и интенсивности разгона), угол опережения впрыска ( θвпр) увеличиваетcя незначительно, оставаясь практически равным углу опережения впрыска топлива (θвпр) перед разгоном. Эта задержка благоприятно сказывается на разгоне турбокомпрессора 2, так как, оставив почти неизменным угол опережения впрыска топлива ( θвпр) при увеличившейся частоте вращения коленчатого вала двигателя, мы смещаем рабочий процесс двигателя на линию догорания, увеличивая температуру отработавших газов в цилиндрах двигателя и особенно выпускных коллекторах, что способствует быстpому прогреву "горячих" точек, резкому увеличению располагаемой энергии газов, подводимых к турбине, и ускоренному ее разгону до режимов, обеспечивающих требуемое двигателю при разгоне воздухоснабжение.
Далее частота вращения двигателя 1 растет, турбокомпрессор 2 выходит на режим разгона и обеспечивает подачу в цилиндры двигателя 1 требуемого количества воздуха, регулятор 5, преодолев инерционность начинает регулировать угол θвпр опережения впрыска топлива. Шары 12 центробежного чувствительного элемента 7 под действием центробежной силы, так как крестовина 13, увлекающая за собой шары 12, вращается с частотой коленчатого вала двигателя 1, расходятся и сдвигают диск-упор 6 центробежного чувствительного элемента 7 с втулкой 11, которая через ролик 10 воздействует на главный рычаг 8, сдвигая его конец, связанный через шарнир и кулису 9 с муфтой 4 опережения впрыска топлива, вправо на расстояние, прямо пропорциональное изменению частоты вращения коленчатого вала двигателя, а следовательно, закрепленный через шарнир конец b кулисы 9, имеющей подвижный центр поворота в точке нахождения центра ползунка 15. Таким образом, величина перемещения конца а кулисы 9, связанного с муфтой 4 опережения впрыска топлива, а следовательно, и увеличение угла θвпр впрыска топлива зависит не только от величины перемещения свободного конца главного рычага 8, но и от положения центра ползунка 15, т. е. подвижного центра поворота. В свою очередь, положение этого мгновенного центра поворота задает пневматический чувствительный элемент 18. Полость над мембраной 19 пневматического чувствительного элемента 18 связана трубопроводом 20 с воздухонапорной магистралью 21 турбокомпрессора 2, которая подключена к впускному патрубку 22 цилиндра 23 двигателя. Возрастающее давление воздействует на мембрану 24 с тарелью и, преодолевая силу сжатия пружины 25, через шток 17 воздействует на одноплечий рычаг 16, определяя положение мгновенного центра скоростей, изменяя соотношение длин плен а и b в зависимости от давления наддува (Рк).
Таким образом осуществляется регулировка угла опережения впрыска топлива в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя 1 (nd) с корректировкой его по давлению наддува (Рк). Это имеет важное значение, так как от частоты вращения коленчатого вала двигателя зависит количество рабочих циклов в единицу времени, т. е. при увеличении частоты вращения коленчатого вала двигателя время на совершение рабочего цикла уменьшается, поэтому и надо увеличивать угол опережения впрыска топлива, чтобы обеспечить нормальное протекание рабочего процесса (предпламенную подготовку, видимое горение и т. д. ).
Регулятор работает по объединенной характеристике, две составляющие которой показаны на фиг. 2.
Такое регулирование позволяет повысить качество и сократить время переходных процессов двигателя, так как фиг. 3 показывает, что регулирование угла опережения впрыска топлива ( θвпр) только по давлению наддува (Рк) не принесет желаемого результата. Давление наддува может быть одинаковым на различных частотах вращения двигателя. Данный регулятор регулирует угол опережения впрыска во всем диапазоне рабочих частот вращения коленчатого двигателя, а при режимах, близких к номинальному, настраивает систему на получение максимальных мощностных и экономических показателей двигателя.
(56) Авторское свидетельство СССР N 1449682, кл. F 02 D 1/02, 1989.
Использование: регулирование двигателей внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом. Сущность изобретения: двигатель внутреннего сгорания с наддувом содержит турбокомпрессор 2, воздухонапорная магистраль 20 которого подключена к впускному патрубку 22 и пневматическому чувствительному элементу 18, и топливный насос 3 высокого давления с муфтой 4 опережения впрыска топлива. Главный рычаг 8 одним концом закреплен шарнирно на оси, а другим соединен с муфтой 4 опережения впрыска топлива через шарнир и кулису 9. Средняя часть рычага 8 через ролик 10 соприкасается с пятой центробежного чувствительного элемента 7 и постоянно поддерживается в этом состоянии всережимной пружиной 14, причем кулиса 9 через ползун 15 соединена с одноплечим рычагом 16, к которому в средней части неподвижно через шарнир крепится шток 17 пневматического чувствительного элемента 18. 3 ил.
ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С НАДДУВОМ, содержащий турбокомпрессор с воздухонапорной магистралью, пневматический чувствительный элемент со штоком, сообщенный с воздухонапорной магистралью, центробежный чувствительный элемент с муфтой, топливный насос высокого давления с муфтой опережения впрыска топлива, главный рычаг с роликом, шарнирно установленный на оси с возможностью взаимодействия с муфтой центробежного чувствительного элемента, кулису, один конец которой шарнирно связан с главным рычагом, а второй - с топливным насосом, всережимную пружину, взаимодействующую с главным рычагом, одноплечий рычаг с ползуном, шарнирно связанный с рычагом пневматического чувствительного элемента, причем ползун одноплечего рычага установлен в кулисе, отличающийся тем, что, с целью повышения качества регулирования угла опережения впрыска топлива, второй конец кулисы кинематически связан с муфтой опережения впрыска топлива, причем ролик, взаимодействующий с муфтой центробежного чувствительного элемента, установлен на середине главного рычага, а шток пневматического чувствительного элемента соединен с серединой одноплечего рычага.
