СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 1994 года по МПК F02D23/02 

Изобретение относится к регулированию тепловых двигателей, в частности к системам регулирования топливоподачи дизелей.

Известна система регулирования топливоподачи дизеля с турбонаддувом, содержащая пневматический чувствительный элемент, разделенный на две полости эластичной подпружиненной мембраной с жесткими центром и штоком. Верхняя (рабочая) полость через жиклер сообщена с впускным трубопроводом, а через запорный клапан, содержащий регулирующую иглу со стравливающим отверстием, имеет связь с атмосферой. Запорный орган управляется датчиком контролируемого параметра через электронный блок [1].

Целью изобретения является повышение точности корректирования системы регулирования топливоподачи энергетической установки, в частности дизеля с турбонаддувом.

Это достигается с помощью системы регулирования топливоподачи энергетической установки, содержащей пневматический чувствительный элемент в виде замкнутой полости с автономным подводом рабочего тела, либо выполненный в виде корпуса с установленной внутри него гибкой мембраной, которая образует с корпусом рабочую полость и связана с органом дозирования топлива, выполненные в корпусе дросселирующее отверстие для сообщения рабочей полости пневматического чувствительного элемента с впускным трубопроводом или любой другой полостью с избыточным давлением и отверстие для соединения рабочей полости с атмосферой, установленный в последнем запорный орган, содержащий корпус, закрепленные зажимной гайкой термочувствительный элемент с нагревательным элементом, клапан, электронный блок управления и датчики контролируемых параметров, выходы которых соединены со входом электронного блока управления, выход которого соединен с нагревательным элементом. В предлагаемой системе регулирования согласно изобретению в запорном органе выполнены две замкнутые полости, в первой, образованной внутренней поверхностью цилиндрического стакана, жестко прикрепленного к торцу корпуса запорного органа и через отверстие в торце стакана с другой стороны, связанной с рабочей полостью пневматического чувствительного элемента, размещен клапан, выполненный в виде подпружиненного шарика, с возможностью взаимодействия с хвостовиком термочувствительного элемента через отверстие, выполненное в корпусе запорного органа, связывающее первую полость со второй полостью. Последняя может быть выполнена либо в корпусе запорного органа и связана через радиальные каналы, выполненные на торцовой поверхности регулирующих прокладок, размещенных между внутренним торцом корпуса запорного органа и буртиком термочувствительного элемента с кольцевым зазором, образуемым наружной поверхностью термочувствительного и нагревательного элемента и внутренней поверхностью корпуса запорного органа, который в свою очередь через резьбовое соединение корпус запорного органа - зажимная гайка и паз в зажимной гайке связан с атмосферой.

Вторая полость может быть выполнена в термочувствительном элементе и связана с первой полостью через клапан и паз с отверстием, выполненные в хвостовике термочувствительного элемента, а через радиальные каналы, выполненные на внешней торцовой поверхности буртика термочувствительного элемента, связана с кольцевым зазором, образуемым наружной поверхностью нагревательного элемента и внутренней поверхностью запорного органа, который в свою очередь через резьбовое соединение корпуса запорного органа - зажимную гайку связан с атмосферой.

Корпус цилиндрического стакана, содержащего клапан, может быть выполнен, как единое целое с корпусом запорного органа, причем пружина при этом фиксируется стопорным и пружинным кольцами.

Направляющая часть термочувствительного элемента может быть выполнена в виде цилиндрического стакана, снабжена кольцевым пояском по внешнему диаметру, причем поясок содержит каналы, выполненные параллельно или под углом к оси термочувствительного элемента.

Пружина может быть выполнена в виде термочувствительного элемента, имеющего цилиндрическую форму, внутри которого выполнены две полости, причем в полости, связанной с рабочей полостью пневматического чувствительного элемента, установлен шарик с натягом и стопорная пружина, вторая, замкнутая полость между внутренней поверхностью термочувствительного элемента и внешней поверхностью нагревательного элемента через отверстие связана с первой полостью, а с атмосферой через радиальные каналы, выполненные на внешней торцовой поверхности буртика термочувствительного элемента, кольцевой зазор между наружной поверхностью нагревательного элемента и внутренней поверхностью корпуса запорного органа, резьбовое соединение корпус - зажимная гайка.

Пружина может быть выполнена в виде термочувствительного элемента, размещенного внутри нагревательного элемента, причем рабочая полость пневматического чувствительного элемента связана через полость, выполненную внутри термочувствительного элемента, в которой установлен шарик с натягом и пружинное кольцо, со второй полостью, образуемой отверстием в торце термочувствительного элемента, отверстием в уплотнительной прокладке, отверстием в торце запорного органа, которая в свою очередь связана с атмосферой.

На фиг. 1 - 5 представлена система регулирования энергетической установки; на фиг.6 - вариант выполнения запорного органа; на фиг.7 - вариант выполнения системы регулирования, дополнительно снабженной вязкостным чувствительным элементом и суммирующим узлом.

Система регулирования энергетической установки (фиг.1) содержит датчик контролируемого параметра, например термопару 1, установленную, например, в выпускной системе двигателя, электронный блок 2 автоматического регулирования, связанный электрической цепью с термопарой и запорным органом 3, установленным на крышке 4 пневматического чувствительного элемента 5, со стороны рабочей полости 44, которая в свою очередь через дросселирующее отверстие 6, связана с впускным трубопроводом двигателя или автономным источником высокого давления.

Пневматический чувствительный элемент 5 разделен на две полости эластичной мембраной 7 с жестким центром 8, сквозь который проходит винт 9 регулирования мощности. В жесткий центр 8 со стороны атмосферной полости 45, связанной с атмосферой полостью 46, упирается пружина 10. В полости 46 может содержаться пружина 11, которая прижимает втулку 12 к трехпозиционному упору 13, снабженному фиксатором 14. Последние элементы составляет механизм изменения цикловой подачи топлива при переходе на другой вид топлива (например, при переходе с дизельного топлива на бензин или керосин).

Запорный орган (электротермоклапан) представляет из себя корпус запорного органа 3, в котором выполнено две замкнутые полости, первая - 47 и вторая 48. Полость 47 образована внутренней поверхностью цилиндрического стакана 15, прикрепленного к торцу корпуса запорного органа 3 посредством вальцовки. Через отверстие 16 в торце цилиндрического стакана 15, первая полость 47 связана с рабочей полостью 44 пневматического чувствительного элемента.

В полости 47 размещен клапан, выполненный в виде шарика 17, прижатого к седлу пружиной 18. Хвостовик 19, термочувствительного элемента 20 выполнен с возможностью взаимодействия с шариком 17 через отверстие 49, выполненное в торце корпуса запорного органа 3, связывающее полость 47 с полостью 48.

Термочувствительный элемент 20, охватывающий нагревательный элемент 21, выполнен, например, либо из металла с большим коэффициентом линейного расширения, либо из металла, обладающего эффектом памяти формы, либо из пакета плотно прижатых друг к другу биметаллических шайб. Термочувствительный 20 и нагревательный 21 элементы зафиксированы зажимной гайкой 22.

Полость 48 через радиальные каналы 23 (фиг.2), выполненные на торцовой поверхности регулирующих прокладок 24, кольцевой зазор 25, образованный наружной поверхностью термочувствительного и нагревательного элемента и внутренней поверхностью корпуса запорного органа, резьбовое соединение 26 (корпус запорного органа - зажимная гайка) и паз 27 в зажимной гайке 22 связана с атмосферой.

Настройка запорного органа осуществляется с помощью микрометрического винта, вводимого в отверстие 16, путем подбора толщины регулирующих прокладок таким образом, чтобы при температуре окружающей среды 15-20^оС, зазор между торцом хвостовика 19 термочувствительного элемента 20 и шариком 17 составил порядка 0,1^-0,04 мм.

Исходная мощность двигателя регулируется посредством вращения винта 9 отверткой, который через шток 28 воздействует на орган дозирования топливоподачи.

Система регулирования топливоподачи энергетической установки работает следующим образом.

В случае подъема на высоту (фиг.1) и снижения давления окружающего воздуха одновременно происходит уменьшение давления во впускном трубопроводе, рабочей полости 44 и атмосферной полости 45. В результате этого мембрана 7 и шток 9 остаются в неподвижном положении. Следовательно, количество подаваемого в цилиндры воздуха будет уменьшаться, а количество подаваемого топлива остается постоянным. Это приводит к уменьшению коэффициента избытка воздуха и вызывает увеличение температуры отработавших газов.

Под действием температуры отработавших газов в термопаре создается разность потенциалов, которая через соединительные провода подводится к электронному блоку 2. Как только величина напряжения превысит некоторое пороговое значение, соответствующее критической температуре отработавших газов, срабатывает электронный блок 2 и подает напряжение на нагревательный элемент 21, который передает тепло термочувствительному элементу 20. В результате нагрева термочувствительный элемент 20 удлиняется, перемещает хвостовик 19, который, "выбрав" зазор, упирается в шарик 17. Шарик отходит влево и открывает отверстие 49. Воздух из рабочей полости 44 через первую полость 47 и отверстие 49 попадает во вторую полость 48 и через радиальные каналы 23, кольцевой зазор 25, резьбу 26 и паз 27 стравливается в атмосферу.

Давление в рабочей полости 1 падает, поскольку она связана с впускным трубопроводом через дросселирующее отверстие 6. Мембрана 7 под действием пружины 10, упирающейся в жесткий центр 8, и атмосферного давления перемещается вверх, увлекая за собой винт 9, а следовательно, и шток 28 в сторону уменьшения топливоподачи, увеличивая тем самым коэффициент избытка воздуха. Это в свою очередь приводит к снижению температуры отработавших газов. Тепловая напряженность деталей цилиндро-поршневой группы и турбокомпрессора уменьшается, следовательно, точность регулирования системы топливоподачи возрастает.

Как только температура отработавших газов станет ниже критической, электронный блок 2 автоматически обесточит запорный орган 3, т.е. термочувствительный элемент 20, охлаждаясь будет укорачиваться и через некоторое время шарик 17 под действием пружины 18 перекроет стравливающее отверстие 49 и откроет его вновь, когда температура отработавших газов превысит критическую величину.

Таким образом, система регулирования топливоподачи дизеля с турбонаддувом ограничивает температуру отработавших газов в двухпозиционном режиме регулирования. Для увеличения точности регулирования можно использовать электронный блок с пропорциональным регулированием, у которого величина тока, подаваемого на нагревательный элемент, будет пропорциональна температуре отработавших газов, что вызывает пропорциональное перемещение иглы. Поэтому площадь проходного сечения отверстия 49 будет также пропорциональна температуре выпускных газов. В результате этого можно обеспечить практически постоянную величину коэффициента избытка воздуха в условиях высокогорья, а следовательно, повысить точность системы регулирования топливоподачи дизеля с турбонаддувом.

Применение двухпозиционного электронного блока с пропорциональным регулированием производится в зависимости от эксплуатационных условий и других факторов.

Для предотвращения влияния колебаний температуры окружающей среды на надежность и точность работы системы (преждевременное срабатывание и т.д.) между шариком 17 и торцом хвостовика 19, оставлен "тепловой" зазор порядка 0,1^-0,04 мм. В результате этого торец хвостовика перемещается вправо или влево под воздействием температурных колебаний окружающей среды, не касаясь шарика 16.

Вторая полость 48 (фиг.3) может быть выполнена в термочувствительном элементе 20, с первой полостью 47 связана через отверстие 40, выполненные в хвостовике 19 термочувствительного элемента 20. С атмосферой вторая полость 48 связана через радиальные каналы 29 (выполненные на внешней торцовой поверхности буртика термочувствительного элемента), кольцевой зазор 25, резьбовое соединение 26 и паз 27 в зажимной гайке.

Система регулирования при таком исполнении второй полости работает аналогично, только изменяется направление истечения воздуха через полости.

Для повышения точности корректирования за счет более надежного исполнения корпус цилиндрического стакана, содержащего клапан, может быть выполнен как единое целое с корпусом запорного органа 3 (фиг.3). В этом случае пружина 18 фиксируется стопорным 30 и пружинным 31 кольцами.

Для улучшения точности корректирования за счет улучшения закона движения торца хвостовика 19 (фиг.3) путем его разгрузки от сил трения и начальной точной ориентацией, направляющая часть термочувствительного элемента, выполненного в виде цилиндрического стакана, снабжена кольцевым пояском 32 по внешнему диаметру, причем поясок содержит каналы 33 (фиг.4), выполненные параллельно или под углом к оси термочувствительного элемента 20.

Для уменьшения габаритных размеров запорного органа в термочувствительном элементе может использоваться принцип объемного, а не линейного расширителя. В этом случае роль пружины выполняет сам термочувствительный элемент 20 (фиг.5), в котором с натягом (термочувствительный элемент предварительно был нагрет) установлен шарик 17. Шарик 17 фиксируется пружинным кольцом 31 от выпадания при нагреве термочувствительного элемента 20.

При работе системы, воздух из рабочей полости пневматического чувствительного элемента через кольцевой зазор между поверхностью шарика 17 и внутренней поверхностью стенок дополнительной полости 50, через отверстие 51, выполненное в хвостовике 19 термочувствительного элемента 20, попадает полость 48. Из полости 48 через радиальные каналы 29, выполненные на внешней торцовой поверхности буртика термочувствительного элемента, кольцевой зазор 25, резьбу 26 и паз 27 стравливается в атмосферу.

Предложенное конструктивное решение позволяет уменьшить длину термочувствительного элемента путем выбора самой короткой свечи накаливания.

Для повышения точности корректирования малотоннажных автомобилей термочувствительный элемент 20 размещен внутри нагревательного элемента 21, выполненного в виде спирали накаливания. Внутри термочувствительного элемента 20 выполнена дополнительная полость 50, в которой с натягом установлен шарик 17, зафиксированный от выпадания (при нагреве термочувствительного элемента) стопорной пружиной 31.

Дополнительная полость 50 через отверстие 51, отверстие 32, выполненное в уплотнительной прокладке 24, и отверстие 33, выполненное в торце запорного органа 3, связана с атмосферой.

Глухие отверстия 34 служат для сборки запорного органа.

Данная конструкция позволяет повысить точность корректирования у транспортных машин, снабженных малоразмерным двигателем.

Топливо от подкачивающего насоса под давлением поступает в вязкостный чувствительный элемент 35 и к клапану постоянного перепада давлений, поддерживающему постоянное давление в полости 36 независимо от давления и вязкости топлива.

Из полости 36 топливо через ламинарный дроссель 37 поступает в междроссельную полость 38 и далее через турбулентный дроссель - на слив.

Падение давления в ламинарном дросселе пропорционально вязкости протекающего через него топлива. Следовательно, давление топлива в междроссельной полости 38 зависит от вязкости топлива.

Давление топлива в междроссельной полости 38, зависящее от вязкости, определяет положение силового поршня 39 и, следовательно, выход штока 40 вязкостного чувствительного элемента.

При переходе, например, с бензина на более вязкое дизельное топливо силовой поршень 39 передвинется вправо вместе со штоком 40, выполненным в виде зубчатой рейки. В результате этого втулка с зубчатым венцом 41 повернется по часовой стрелке на резьбе вокруг закрепленных от осевого проворачивания винта регулирования мощности 9 и подвижного штока 42 с наклонным спиральным пазом на поверхности, в который входят штифты 43, жестко закрепленные в корпусе втулки 41.

В результате этого шток 42 (суммирующий узел) переместится вверх и уменьшит подачу топлива, что и требуется для топлив с повышенной вязкостью.

Запорный орган 3, пневматический чувствительный элемент 5, вязкостный чувствительный элемент 35 и суммирующий узел 41 образуют исполнительный механизм (многофункциональный корректор) системы регулирования. Суммирующий узел позволяет производить кинематическое суммирование импульсов по давлению наддува, вязкости топлива, температуры отработавших газов и т.д.

Таким образом, предлагаемая система регулирования топливоподачи дизеля с турбонаддувом позволяет повысить точность корректирования топливоподачи в любых эксплуатационных условиях, поддерживая допустимую величину температуры отработавших газов, автоматически изменяя величину цикловой подачи в зависимости от вида применяемого топлива.

Использование: система регулирования энергетической установки, в частности дизеля с турбонаддувом. Сущность изобретения: система регулирования снабжена исполнительным механизмом, который содержит запорный орган 3 и пневматический чувствительный элемент 5, разделенный на рабочую 44 и атмосферную 45 полости эластичной подпружиненной мембраной 7, сквозь жесткий центр 8 которой проходит винт 9 регулирования мощности, имеющий резьбовое соединение со штоком 28. Рабочая полость 44 через дросселирующее отверстие 6 связана с впускным трубопроводом двигателя (или другим источником избыточного давления), а через запорный орган 3 может сообщаться с атмосферой. Как только один из контролируемых параметров двигателя, например температура отработавших газов, превысит допустимую величину, сигнал с термопары поступает на электронный блок 2, который подает напряжение на нагревательный элемент 21. Тепло передается термочувствительному элементу 20, который, удлиняясь влево, торцом хвостовика 19 перемещает шарик 17. Последний отходит влево, отпирает стравливающее отверстие 49 и часть воздуха из полости 44 через первую полость 47 попадает во вторую замкнутую кольцевую полость 48, а затем через радиальные каналы, кольцевой зазор 25, резьбу 26 и паз 27 стравливается в атмосферу. В результате этого мембрана 7 с винтом регулирования мощности и штоком 28 перемещается вверх и через систему рычагов ограничивает подачу топлива. Возможен вариант, когда вторая полость 48 может быть выполнена в термочувствительном элементе 20 и связана с первой полостью через отверстие 49 с отверстием, выполненным в хвостовике 19 термочувствительного элемента. Полость 48 связана с атмосферой через радиальные каналы, кольцевой зазор 25, резьбу 26 и паз 27. 4 з.п.ф-лы, 7 ил.

1. СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ, содержащая пневматический чувствительный элемент, выполненный в виде корпуса с установленной внутри него гибкой мембраной, кинематически связанной с органом дозирования топлива и образующей с корпусом рабочую полость, дросселирующее отверстие, сообщающее рабочую полость с впускным трубопроводом двигателя энергетической установки или с автономным источником высокого давления, канал, выполненный в корпусе и сообщающий рабочую полость с атмосферой, запорный орган, выполненный в виде корпуса запорного органа с внутренней ступенчатой поверхностью и со стаканом, термочувствительного элемента с буртом, размещенного в корпусе запорного органа, нагревательного элемента с буртом, размещенного в термочувствительном элементе и закрепленного с помощью зажимной гайки, имеющей резьбовое соединение с корпусом запорного органа, клапан, размещенный в стакане, электронный блок управления, выход которого соединен с нагревательным элементом, а вход - с датчиками контролируемых параметров, стопорное и пружинящее кольца, радиальные каналы, сообщенные с атмосферой, причем корпус запорного органа размещен в канале корпуса пневматического элемента, торцевые поверхности бурта термочувствительного элемента размещены между торцевыми поверхностями бурта нагревательного элемента и ступенчатой поверхности корпуса запорного органа, а клапан установлен с возможностью взаимодействия с термочувствительным элементом и сообщения рабочей полости с атмосферой, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности корректирования топливоподачи, система снабжена регулирующими прокладками, размещенными между торцевыми поверхностями бурта и ступенчатой поверхности, стакан жестко соединен с торцом корпуса запорного органа, в торцах стакана и корпуса запорного органа выполнены отверстия, в запорном органе выполнены две полости, первая из которых размещена в стакане и через отверстие в торце последнего сообщена с рабочей полостью, клапан выполнен в виде подпружиненного шарика, установленного в первой полости, термочувствительный элемент выполнен с хвостовиком, размещенным в отверстии корпуса запорного органа и взаимодействующим с шариком, в резьбовом соединении выполнен паз, сообщенный с атмосферой, вторая полость через отверстие в торце корпуса запорного органа сообщена с первой полостью, через радиальные каналы - с пазом резьбового соединения, вторая полость может быть выполнена между корпусом запорного органа и термочувствительным элементом, а радиальные каналы - в торцевой поверхности регулирующих прокладок или между термочувствительным и нагревательным элементами, причем в этом случае в хвостовике выполнен осевой канал, сообщающий вторую полость с отверстием в торце корпуса запорного органа, а радиальные каналы выполнены в торцевых поверхностях бурта термочувствительного элемента. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что стакан выполнен за одно целое с корпусом запорного органа, причем пружина шарика зафиксирована в стакане с помощью стопорного и пружинящего колец. 3. Система по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что термочувствительный элемент выполнен в виде полого цилиндра, на наружной поверхности которого выполнен кольцевой поясок с каналами, причем оси каналов выполнены параллельно или под углом к оси термочувствительного элемента. 4. Система по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена стопорной пружиной, пружина шарика выполнена в виде части корпуса термочувствительного элемента с дополнительной полостью, жестко связанной с хвостовиком, дополнительная полость сообщена с первой полостью и второй полостью, выполненной между нагревательным и термочувствительным элементами, причем шарик установлен с натягом в дополнительной полости совместно со стопорной пружиной. 5. Система по пп.1 - 4, отличающаяся тем, что термочувствительный элемент выполнен из материала с эффектом памяти формы.