РЕГУЛЯТОР АВТОМОБИЛЬНОГО ДИЗЕЛЯ С КОРРЕКТОРОМ ПО НАДДУВУ Российский патент 2000 года по МПК F02D1/04 F02D23/02 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, а более конкретно к центробежным регуляторам частоты вращения.

Известны автоматические центробежные регуляторы частоты вращения автомобильных дизелей с пневматическими и пневмогидравлическими устройствами, корректирующими величину подачи топлива в соответствии с давлением наддувочного воздуха /1-4/.

Недостатками пневмогидравлических корректоров являются: сложность конструкции масляной системы, которая должна быть либо автономной (со своим топливоподкачивающим насосом), либо аккумуляторного типа (использующая давление масла системы смазки дизеля без слива через механизм корректора), либо соединена с системой смазки дизеля, но при этом конструкцию усложняют способы фильтрации масла, т.к. для привода в действие механизмов корректирования топлива в соответствии с давлением наддувочного воздуха требуется прецизионная настройка.

Недостатками пневматических корректоров являются небольшой ход поршня и слабое перестановочное усилие /5/.

Техническое исполнение заявляемого регулятора достаточно близко к конструкции регулятора, описанного в авторском свидетельстве СССР N 1033783 (прототип) /6/.

Регулятор содержит приводной вал, центробежный датчик частоты вращения, рычаг регулятора, поворотно установленный в корпусе и оснащенный пружинным механизмом обратного корректора, кинематически связанные рейки, установленные в корпусе с возможностью синхронного перемещения, рычаг реек, шарнирно установленный на рычаге регулятора с возможностью взаимодействия с центробежным датчиком и с обратным корректором и кинематически связанный с одной из реек топливного насоса, рычаг управления, поворотно установленный в корпусе, главный рычаг, поворотно установленный в корпусе с возможностью взаимодействия с ним и связанный с помощью главной пружины с рычагом управления, прямой пружинный корректор, установленный на главном рычаге с возможностью взаимодействия с рычагом регулятора, тягу, соединяющую рычаг управления с педалью акселератора.

Недостатком конструкции прототипа является то, что она не имеет возможности осуществлять коррекцию топлива в соответствии с давлением наддувочного воздуха во впускном коллекторе дизеля.

Целью изобретения является повышение эффективности работы дизеля и уменьшение эксплуатационного расхода топлива путем установки наддувного корректора.

Для достижения указанной цели регулятор оснащен торцевым упорным роликом, шарнирно установленным на рычаге управления, внутренним и наружным профильными роликами, шарнирно установленными в корпусе регулятора, кольцевым упором, подпружиненным относительно корпуса регулятора и удерживаемым внутренним профильным роликом с внутренней стороны кольцевого упора и наружным профильным роликом с наружной стороны кольцевого упора с возможностью взаимодействия с торцевым упорным роликом, упорным роликом, шарнирно установленным на кольцевом упоре, сильфоном, жестко установленным в корпусе и оснащенным регулируемым штоком, с возможностью взаимодействия с упорным роликом.

На фиг. 1 изображена кинематическая схема регулятора, на фиг. 2 - силовая схема, на фиг. 3 - статические характеристики, на фиг. 4 - расчетная схема.

Регулятор состоит из следующих элементов. На приводном валу 1 жестко установлена державка грузов 2, на которой шарнирно установлены центробежные грузы 3 с возможностью взаимодействия с муфтой 4 регулятора, установленной с возможностью перемещения вдоль оси вала 1. Рычаг регулятора 5 поворотно установлен в корпусе и оснащен пружинным механизмом обратного корректора 6. На рычаге 3 поворотно установлен кинематически связанный с рейкой 7 рычаг 8 реек с возможностью взаимодействия с муфтой 4 и обратным корректором 6. В корпусе регулятора поворотно установлен главный рычаг 9, оснащенный прямым пружинным корректором 10 и связанный главной пружиной 11 с рычагом управления 12, поворотно установленным в корпусе и связанным с педалью акселератора тягой 13. Поворот рычага управления в сторону увеличения подачи топлива ограничен упором 14, а в сторону уменьшения упором 15. В корпусе регулятора на винт 16 установлен подпружиненный регулируемый упор 17 с возможностью регулировки величины выступания относительно корпуса регулятора и возможностью взаимодействия с рычагом 9. Принудительное выключение подачи топлива осуществляется с помощью рычага 18 останова, подпружиненного возвратной пружиной 19 относительно корпуса. Рычаг управления 12 связан стартовой пружиной 20 с двуплечим рычагом 21 кинематической связи рейки 7 с рейкой 22.

Механизм корректора подачи топлива по наддуву представляет собой кольцевой упор 23, подпружиненный относительно корпуса пружиной 24 и удерживаемый установленными в корпусе профильным внутренним роликом 25 с внутренней стороны и наружным профильным роликом 26 с наружной стороны, с возможностью перемещения между роликами 25 и 26. Перемещение кольцевого упора с одной стороны ограничено торцевым роликом 27, установленным на рычаге управления 12, с другой стороны регулируемым штоком 28 сильфона 29, расположенным на корпусе регулятора с возможностью взаимодействия с промежуточным роликом 30, шарнирно установленным на кольцевом упоре 23. Сильфон 29 пневматически связан с выпускным коллектором дизеля.

На фиг. 2 изображена силовая схема механизма корректора по наддуву. На схеме обозначено: F - усилие, воспринимаемое кольцевым упором 23, со стороны рычага 12 управления; P - усилие со стороны штока 28; N - усилие со стороны пружины 24; R_C - реакция со стороны внутреннего ролика 25; R_B - реакция со стороны наружного ролика 26.

Если в результате увеличения давления наддувочного воздуха произойдет увеличение силы P на величину ΔP при неизменных усилиях F и N, то кольцевой упор займет положение, показанное пунктиром.

В этом случае т. A контакта ролика 27 с упором 23 сместится в т. A', соответственно рычаг 12 получит возможность переместиться на угол, соответствующий отрезку AA'.

Пружина 24 и сильфон 29 установлены так, что силы P и N направлены ┴ силе реакции опоры R_B и, следовательно, реакции в опоре B не создают. Сила R_B возникает в результате действия силы F, а сила R_C - в результате действия сил F и N. Сила F есть разность между максимальным усилием, создаваемым водителем на рычаг 12 управления регулятором и не превышающим 500 Н, и усилием растяжения пружины 11 (жесткость пружины 20 не значительна), составляющим 100-400 H. Таким образом, эта сила изменяется в пределах 100...400 H. Поскольку коэффициент трения качения закаленных роликов 25, 26 и упора 23 можно принять равным K = 0,001 /7/, то сумма сил, препятствующих смещению упора 23 силой ΔP или силой N при компоновочно возможных размерах упора 23 (⊘ 40-50 мм), составит порядка 0,5 - 1,5% от величины силы F и может быть легко обеспечена пружиной 24 и сильфоном 29 небольших габаритов.

В результате поворота рычага 12 против часовой стрелки изменяется натяжение пружины 11. Величина смещения упора 17 определяется жесткостью и преднатягом пружины и разностью величин сил грузов 3 и пружины 11, приведенной к точке контакта рычага 9 с упором 17. Поскольку, в данном случае, величина усилия пружины 11 устанавливается перемещением упора 23, управляемого изменением величины давления наддувного воздуха, то последняя определяет и величину смещения упора 17.

Это смещение начинается в т.A (см. фиг. 3) и заканчивается в т. Б, когда упор 17 прижимается к винту 16. При дальнейшем увеличении частоты вращения изменение величины давления наддувочного воздуха P_к не влияет на координату рейки. Положение т.т. А, Б регулируется шайбами под упором 17 (т.е. преднатягом пружины винта 16) и поворотом упора 28.

Результаты предварительного расчета сил, проведенного в соответствии с расчетной схемой (фиг. 4), сведены в таблице.

При расчете принято:
- жесткость пружины 11 C_пр. = 19 H/мм
- жесткость пружины упора 17 C_у = 5 H/мм
- начальная деформация (преднатяг) пружины упора 17 - 2 мм (устанавливается винтом 16).

Таким образом, в предлагаемом решении для изменения координаты реек 7 и 22 в зависимости от величины давления наддувочного воздуха использован скрытый резерв конструкции - избыточность силы натяжения пружины 11 на малых и средних оборотах. Эта сила изменяется водителем "по разрешению" упора 23, что значительно снижает нагрузку на детали регулятора.

В результате проведенных патентных исследований не выявлено применения в конструкции корректора по наддуву механизма, позволяющего для изменения подачи топлива использовать усилия, возникающие в конструкции регулятора, а пневмокорректор использовать в качестве "ключа". Поэтому заявляемое устройство отвечает критерию новизны.

Кроме того, не обнаружено применения кольцевого упора, не связанного с корпусом регулятора непосредственно и занимающего свое положение благодаря сочетанию действующих сил на рычаге управления, натяжения возвратной пружины и возникающих в сильфоне от давления наддува. Таким образом, корректирование подачи топлива осуществляется не только в зависимости от давления наддува, пропорционально связанного с частотой вращения дизеля, но и с положением рычага управления. Поэтому предлагаемое устройство соответствует критерию "существенные отличия".

Экономическую эффективность от применения предлагаемой конструкции следует ожидать от экономии дизельного топлива на автомобильных дизелях и от уменьшения дымности отработавших газов при резком набросе нагрузки.

Список использованных источников.

1. Крутов В.И. Автоматическое регулирование и управление двигателей внутреннего сгорания. - 5-е изд. перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1989. - 416 с. (С. 178-179).

2. А.С. 966264 (СССР). Всережимный регулятор дизеля с турбонаддувом / В. И.Крутов, В.А. Горшков, И.В. Леонов, В.И. Шатров.

3. А. С. 928055 (СССР). Центробежный регулятор скорости для двигателя внутреннего сгорания с наддувом /Ю.А. Ковалец, В.К. Варва, М.Л. Поляков и др./ Открытия. Изобретения. - 1982, N 18.

4. 1062416 Патент России. Регулятор частоты вращения для двигателя внутреннего сгорания с наддувом /Б.П. Гусев, С.М. Чистов, Л.М. Малышев, В.В. Курманов. - 1993.

6. А.С. 1139872 (СССР). Корректирующее устройство для топливного насоса двигателя внутреннего сгорания с наддувом /А.Т. Теренев, Л.М. Малышев, С.Н. Чистов/ Открытия. Изобретения. - 1985, N 6 - с. 103.

6. А. С. 1033783 (СССР). Центробежный регулятор частоты вращения двигателя внутреннего сгорания /П. Р. Козин, Л. М. Малышев, 1983, бюл. N 29 (прототип).

7. Никитин Е.М. Теоретическая механика для техникумов. - М.: Наука. Гл. ред. физ-мат. лит., 1988. - 336 с (стр. 116).

Изобретение предназначено для использования в автомобильных двигателях внутреннего сгорания. Регулятор содержит корпус, центробежный датчик частоты вращения, рычаг регулятора, оснащенный пружинным механизмом обратного корректора, рычаг реек, шарнирно установленный на рычаге регулятора, рычаг управления и главный рычаг, установленный с возможностью взаимодействия через регулировочный винт с корпусом. Прямой пружинный корректор установлен на главном рычаге с возможностью взаимодействия с рычагом регулятора. Тяга соединяет рычаг управления с педалью акселератора. Подпружиненный упор установлен в корпусе с возможностью взаимодействия с главным рычагом, торцевым упорным роликом, установленным на рычаге управления, внутренним и наружным профильными роликами, установленными в корпусе, и кольцевым упором, удерживаемым внутренним и наружным профильными роликами. Сильфон жестко установлен в корпусе и оснащен регулируемым штоком, взаимодействующим через промежуточный ролик с кольцевым упором. Сильфон пневматически соединен с впускным коллектором дизеля. Технический результат заключается в повышении эффективности работы дизеля и уменьшении эксплуатационного расхода топлива. 4 ил., 1 табл.

Регулятор автомобильного дизеля с корректором по наддуву, содержащий центробежный датчик частоты вращения, рычаг регулятора, поворотно установленный в корпусе и оснащенный пружинным механизмом обратного корректора, кинематически связанные рейки, установленные в корпусе с возможностью синхронного перемещения, рычаг реек, шарнирно установленный на рычаге регулятора с возможностью взаимодействия с центробежным датчиком и с обратным корректором и кинематически связанный с одной из реек топливного насоса, рычаг управления, поворотно установленный в корпусе, главный рычаг, поворотно установленный в корпусе с возможностью взаимодействия с ним через регулировочный винт и связанный с помощью главной пружины с рычагом управления, прямой пружинный корректор, установленный на главном рычаге с возможностью взаимодействия с рычагом регулятора, тягу, соединяющую рычаг управления с педалью акселератора, отличающийся тем, что регулятор оснащен регулируемым подпружиненным упором, установленным в корпусе с возможностью взаимодействия с главным рычагом, торцевым упорным роликом, шарнирно установленным на рычаге управления, внутренним и наружным профильными роликами, шарнирно установленными в корпусе регулятора, кольцевым упором, подпружиненным относительно корпуса регулятора и удерживаемым внутренним профильным роликом с внутренней стороны кольцевого упора и наружным профильным роликом с наружной стороны кольцевого упора, с возможностью взаимодействия с торцевым упорным роликом, сильфоном, жестко установленным в корпусе и оснащенным регулируемым штоком с возможностью взаимодействия через промежуточный ролик с кольцевым упором, причем сильфон пневматически соединен с впускным коллектором дизеля.