ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1999 года по МПК F02D1/04 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использовано при конструировании и разработке малогабаритных двигателей внутреннего сгорания для сельскохозяйственной техники, электроагрегатов и транспортных средств.

Известен двигатель внутреннего сгорания, оснащенный регулятором частоты вращения (см. АС СССР N 928054, F 02 D 1/4, опубл. 15.05.82), содержащий центробежный измеритель частоты вращения, связанный через одно плечо двуплечего рычага с органом дозирования топлива топливного насоса высокого давления, а через другое - с расположенной между верхним и нижним упорами главной пружиной и корректирующей пружиной, и рычаг управления с поворотным упором.

Недостаток данного двигателя заключается в сложности конструкции вследствие совмещения главной и корректирующей пружин в одном узле. Кроме того, использование цилиндрической пружины для корректирования внешней скоростной характеристики двигателя обеспечивает ее улучшение в узком скоростном диапазоне.

Известен также двигатель внутреннего сгорания, оснащенный всережимным регулятором частоты вращения (см. АС СССР N 1040201, F 02 D 1/04, опубл. 07.09.83). Этот двигатель содержит центробежный измеритель частоты вращения, связанный с двуплечим рычагом, установленным на оси. Первое плечо рычага связано с тягой и через последнюю с органом дозирования топлива топливного насоса высокого давления, а второе соединено с корректором и через пружину регулятора - с рычагом управления, причем тяга связана с плечом рычага с возможностью перемещения относительно него и подпружинена, а к первому плечу рычага шарнирно подсоединен дополнительный двуплечий рычаг, один конец которого имеет продольный паз для размещения пальца, закрепленного в корпусе регулятора, а другой может контактировать с органом дозирования топлива на режиме холостого хода.

Данный двигатель, принятый за прототип, также отличается сложностью конструкции, несмотря на то, что корректор выполнен отдельно от главной пружины и имеет большие габаритные размеры.

Применение пружинного корректора, как и в первом случае, улучшает внешнюю скоростную характеристику в узком скоростном диапазоне.

Кроме того, у малоразмерных двигателей для уменьшения их габаритных размеров топливный насос высокого давления и регулятор частоты вращения выполняются отдельно, что усложняет размещение и настройку пружинного корректора.

Задачей, решаемой изобретением, является упрощение конструкции двигателя и улучшение внешней скоростной характеристики во всем скоростном диапазоне.

Поставленная задача решается тем, что в известном двигателе внутреннего сгорания, содержащем топливный насос высокого давления с дозатором топлива, центробежный измеритель частоты вращения, связанные с одним плечом двуплечего рычага, установленного на неподвижной оси, а второе плечо этого рычага через пружину - с рычагом управления, причем двуплечий рычаг связан с регулируемым упором посредством упругого звена, закрепленного на втором плече рычага.

Поставленная задача решается также тем, что упругое звено выполнено в форме балки равного сопротивления изгибу.

Использование на двигателе регулируемого упора двуплечего рычага позволяет устанавливать цикловую подачу топлива на номинальном режиме непосредственно на двигателе, а упругое звено, связывающее двуплечий рычаг с регулируемым упором, обеспечивает формирование внешней скоростной характеристики во всем рабочем скоростном диапазоне, при этом также упрощается конструкция двигателя и уменьшаются его габаритные размеры.

Выполнение упругого звена в форме балки равного сопротивления изгибу обеспечивает его минимальные размеры.

На фиг. 1 приведена конструктивная схема системы управления двигателем.

На фиг. 2 приведена кинематическая схема системы управления двигателем.

На фиг. 3 дана скоростная характеристика двигателя.

Двигатель внутреннего сгорания содержит топливный насос высокого давления 1 с рейкой 2, служащей для дозирования топлива путем поворота плунжера насоса высокого давления, центробежный измеритель частоты вращения 3, связанный с двуплечим рычагом 4, установленным на оси 5, первое плечо 6 которого соединено с рейкой 2 топливного насоса 1, а второе плечо 7 через пружину 8 связано с рычагом управления 9. Для ограничения перемещения двуплечего рычага 4 служит регулируемый упор 10, с помощью которого устанавливается подача топлив на номинальном режиме. Рычаг 4 связан с упором 10 посредством упругого звена 11, закрепленного на втором плече 7. Упругое звено 11 выполнено в форме балки равного сопротивления изгибу. Рычаг управления 9 снабжен упором 12.

Настройку системы управления осуществляют на работающем двигателе. Рычагом управления 9 выбирают усилие пружины 8, которому соответствует номинальный скоростной режим двигателя, и это положение рычага фиксируют упором 12. Затем регулируемым упором 10 устанавливают цикловую подачу топлива, соответствующую номинальному режиму работы (номинальной мощности).

Перемещение рейки 2 топливного насоса 1 в результате деформации упругого звена 11 определяют из выражения

где E - модуль упругости материала упругого звена,
J - момент инерции поперечного сечения упругого звена,
L₁ - длина плеча 6 рычага 4,
L₂ - длина плеча 7 рычага 4,
L₃ - расстояние от оси 5 до оси центробежного измерителя частоты вращения 2,
L₄ - длина упругого звена 11,
P_п - усилие пружины 8,
P_ц = mrw² - центробежная сила инерции центробежного измерителя частоты вращения 2,
m - масса грузов, r - радиус вращения грузов, w - угловая скорость измерителя,
ΔL - перемещение рейки 2 топливного насоса высокого давления 1.

Перемещение ΔL рейки 2 топливного насоса 1 вследствие деформации упругого звена 11 обеспечивает корректирование цикловой подачи топлива в зависимости от скоростного режима: чем меньше частота вращения коленчатого вала двигателя, тем больше цикловая подача и, следовательно, больше крутящий момент.

Работает двигатель следующим образом. На номинальном режиме рычаг управления 9 находится на упоре 12, а упругое звено 11 касается регулируемого упора 10, но так как при номинальной частоте вращения момент от центробежной силы инерции измерителя 3 относительно оси 5 равен моменту силы пружины 8, то упругое звено 11 не деформировано и двуплечий рычаг 4 находится в положении, соответствующем номинальной подаче топлива.

При увеличении скоростного режима выше номинального центробежная сила инерции измерителя 3 возрастает и ее момент относительно оси 5 становится больше момента силы пружины, рычаг поворачивается в сторону уменьшения цикловой подачи топлива, при этом его плечо 7 отходит от упора 10, упругое звено 11 не деформируется, а двигатель образует регуляторную ветвь, переходя на холостой ход.

При уменьшении скоростного режима ниже номинального центробежная сила измерителя 3 уменьшается и ее момент становится меньше момента силы пружины. Под действием разности этих моментов упругое звено 11 прижимается к упору 10 с усилием, что вызывает его деформацию, которая, в свою очередь, приводит к дополнительному повороту двуплечего рычага 4 вокруг оси 5, дополнительному перемещению рейки ΔL увеличению цикловой подачи топлива и увеличению крутящего момента двигателя, что улучшает его характеристику.

В отличие от известных корректоров подачи топлива данное устройство обеспечивает увеличение цикловой подачи топлива во всем скоростном диапазоне работы дизеля (фиг. 3), что улучшает его внешнюю скоростную характеристику.

Предлагаемый двигатель был изготовлен и проведены его стендовые испытания, в результате которых установлено, что максимальное увеличение цикловой подачи топлива вследствие деформации упругого звена может достигать 12 - 15%, при этом увеличение крутящего момента двигателя составляет 10 - 12%. Дальнейшее увеличение подачи топлива не целесообразно по причине выхода двигателя за пределы дымления.

Изобретение может быть использовано в малогабаритных двигателях внутреннего сгорания для сельскохозяйственной техники, электроагрегатов и транспортных средств. Двигатель внутреннего сгорания содержит топливный насос (1) высокого давления с рейкой (2), служащей для дозирования топлива, центробежный измеритель (3) частоты вращения, связанный с двуплечим рычагом (4), установленным на оси (5). Первое плечо (6) двуплечего рычага (4) соединено с рейкой (2), а второе плечо (7) через пружину (8) связано с рычагом управления (9). Двуплечий рычаг (4) связан с регулируемым упором (10) посредством упругого звена (11), закрепленного на втором плече (7). Упругое звено (11) выполнено в форме балки равного сопротивления изгибу. Технический результат заключается в упрощении конструкции двигателя и улучшении внешней скоростной характеристики. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий топливный насос высокого давления с дозатором топлива, центробежный измеритель частоты вращения, связанные одним плечом двуплечего рычага, установленного на неподвижной оси, а второе плечо этого рычага через пружину соединено с рычагом управления, отличающийся тем, что двуплечий рычаг связан с регулируемым упором посредством упругого звена, закрепленного на втором его плече. 2. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что упругое звено выполнено в форме балки равного сопротивления изгибу.