Способ автоматического управления топливоподачей дизеля с турбонаддувом и устройство его осуществления Российский патент 2017 года по МПК F02D1/14 F02D23/02 F02M59/20 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области автоматического управления ДВС, а также к устройствам для осуществления указанной технологии.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известен способ автоматического управления дизеля с турбонаддувом (Леонов И.В. Патент RU №2576102 «Способ автоматического управления дизеля с турбонаддувом и устройство его осуществления». Зарегистрирован 02 февраля 2016 г. Опубл. 27.02.2016. Бюл. №6 [1]).

Известный способ [1] заключается в изменении цикловой подачи топлива в цилиндр дизеля по отклонению от заданной рычагом управления скорости вращения дизеля с помощью отрицательной обратной связи по скорости и положительной обратной связи по изменению давления наддувочного воздуха, а также заключающийся в изменении угла опережения впрыскивания топлива по отклонению от заданной рычагом управления скорости вращения дизеля с помощью отрицательной обратной связи по скорости, причем величина подачи топлива растет при увеличении давления наддувочного воздуха и снижении скорости вращения дизеля, а угол опережения впрыскивания топлива растет при увеличении давления наддувочного воздуха и скорости вращения дизеля.

Известный способ [1] без изменений не может применяться на дизелях с турбонаддувом, представляющих собой комбинированную установку, в состав которой входит несколько разнородных систем, взаимодействующих между собой в процессе работы [2]. К ним относятся: система топливоподачи, система воздухоснабжения, система турбонаддува и др. При создании такой комбинированной установки индивидуальные характеристики входящих в нее систем удается согласовать лишь на каком-то одном режиме (чаще номинальном). На других режимах согласованность их характеристик нарушается, что приводит к ухудшению качества рабочего процесса дизеля с турбонаддувом и, как следствие, к снижению его экономических и экологических показателей. Обеспечить поднастройку характеристик элементов дизеля с турбонаддувом в процессе работы при смене режимов и изменении условий эксплуатации возможно с использованием различных систем автоматического управления. Наиболее эффективным средством воздействия на рабочий процесс дизеля является совместное управление параметрами процесса топливоподачи двумя различными импульсами, определяющими режим работы. При этом на каждом эксплуатационном режиме, характеризуемом нагрузкой и скоростью, система управления топливоподачей должна обеспечить выбор оптимального момента начала впрыскивания - угла опережения впрыскивания топлива (УОВТ) и оптимальную подачу топлива в зависимости от скорости вращения и давления наддувочного воздуха дизеля [3]. Поэтому работа по известному способу [1] не является экономичной, так как УОВТ, определяющий в значительной степени качество сгорания и расход топлива, не поддерживается на оптимальном уровне, так как не учитывает величину давления наддувочного воздуха во всем диапазоне нагрузок и скоростей дизеля.

Недостатками известного способа [1] является недостаточная точность управления подачи топлива в цилиндр дизеля и управления УОВТ, приводящие к ухудшению качества рабочего процесса в цилиндре и увеличению расхода топлива. В дизеле с турбонаддувом УОВТ не поддерживается известным способом [1] на оптимальном уровне, который определяется не только скоростью дизеля и подачей топлива, но в значительной степени зависит от давления наддувочного воздуха, вырабатываемого турбокомпрессором. Поэтому работа дизеля двигателя с турбонаддувом не является экономичной во всем возможном диапазоне нагрузок и автоматический регулятор, работающий по известному способу [1], принципиально не может обеспечить работу с высокой экономичностью без управления УОВТ в зависимости от давления наддувочного воздуха [2, 3].

Известен автоматический регулятор топливоподачи дизеля с турбонаддувом, работающий по известному способу [1], содержащий корпус, топливный насос высокого давления (ТНВД) с органом управления угла опережения впрыскивания топлива и с органом управления подачи топлива, которые связаны кинематически и перемещение которых ограничивается регулируемыми в корпусе упорами, центробежный чувствительный элемент скорости дизеля, главную пружину, рычаг управления скорости дизеля, пневматический чувствительный элемент давления наддувочного воздуха с мембраной, связанный трубопроводом с впускным патрубком дизеля.

Недостатками известного регулятора является недостаточная точность управления подачи топлива в цилиндр и отсутствия канала управления УОВТ от давления наддувочного воздуха дизеля с турбонаддувом, что приводит к ухудшению качества рабочего процесса в цилиндре и увеличению расхода топлива [4, 5]. Известный регулятор имеет плунжер и втулку с отсечными винтовыми кромками, размещенные коаксиально в ТНВД, причем недостаточная точность управления топливоподачи известным устройством объясняется трудностью обеспечения эквидистантности винтовых кромок на разных деталях - на плунжере и на втулке.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Цель изобретения - повышение точности управления топливоподачи в цилиндр дизеля, улучшение качества рабочего процесса и снижение расхода топлива.

Для достижения поставленной цели повышения точности управления топливоподачи в цилиндр, улучшения качества рабочего процесса и снижения расхода топлива в предлагаемом способе обеспечивается изменение угла опережения впрыскивания топлива в зависимости от давления наддувочного воздуха с помощью положительной обратной связи. Причем величина подачи топлива растет при увеличении давления наддувочного воздуха и снижении скорости вращения дизеля, угол опережения впрыскивания топлива растет при увеличении давления наддувочного воздуха и скорости вращения дизеля, в то время как в известном регуляторе управление УОВТ осуществлялось центробежным чувствительным элементом скорости с помощью отрицательной обратной связи.

Известный автоматический регулятор дизеля с турбонаддувом содержит корпус, топливный насос высокого давления с органом управления угла опережения впрыскивания топлива и с органом управления подачи топлива, которые связаны кинематически и перемещение которых ограничивается регулируемыми в корпусе упорами, центробежный чувствительный элемент скорости дизеля, главную пружину, рычаг управления скорости дизеля, пневматический чувствительный элемент давления наддувочного воздуха с мембраной, связанный трубопроводом с впускным патрубком дизеля.

Предлагаемый автоматический регулятор дизеля с турбонаддувом отличается тем, что снабжен гильзой с отсечным отверстием, втулкой с отсечным отверстием и суммирующим рычагом, плунжер выполнен с осевым каналом, с радиальным каналом и с верхней и нижней винтовой кромками, осевой канал и радиальный канал плунжера выполнены с возможностью сообщения надплунжерной полости с полостью плунжера, втулка установлена коаксиально плунжеру с возможностью поворота относительно последнего, втулка и плунжер являются исполнительными органами механизмов органов управления угла опережения впрыскивания топлива и величины подачи топлива, кинематически связаны с главным рычагом и с центробежным чувствительным элементом скорости дизеля, пневматический чувствительный элемент давления наддувочного воздуха с мембраной связан с пружиной и штоком, суммирующий рычаг связан кинематическими парами и тягами со штоком пневматического чувствительного элемента давления наддувочного воздуха, главным рычагом, центробежным чувствительными элементом скорости дизеля и с органом управления угла опережения впрыскивания топлива и с органом управления подачи топлива, перемещение концов которого ограничивается двумя регулируемыми в корпусе упорами, причем плунжер имеет возможность перекрытия верхней винтовой кромкой отсечного отверстия гильзы, а нижней отсечной кромкой - отсечного отверстия втулки. Устройство отличается также тем, что верхняя винтовая отсечная кромка плунжера, перекрывающая отсечное отверстие в гильзе, эквидистантна нижней винтовой отсечной кромке плунжера, перекрывающей отсечное отверстие втулки.

Предлагаемый автоматический регулятор дизеля с турбонаддувом отличается тем, что суммирующий рычаг кинематически соединен в верхней точке с органом управления угла опережения впрыскивания топлива, средняя точка его присоединена к штоку пневматического чувствительного элемента давления наддувочного воздуха, нижние точки - к органу управления величины подачи топлива и главному рычагу таким образом, что они образуют суммирующий механизм с числом степеней свободы w=2.

Таким образом, центробежный чувствительный элемент скорости и дизель с турбонаддувом образуют систему автоматического регулирования скорости с отрицательной обратной связью по скорости дизеля. В известном устройстве центробежный чувствительный элемент скорости воздействует по двум каналам управления, регулирующим УОВТ и подачу топлива. Сложная механическая цепь передачи двух импульсов управления с помощью рычагов снижает точность регулирования. В предлагаемом устройстве дополнительно организован независимый канал управления с помощью положительной обратной связи пневматическим чувствительным элементом давления наддувочного воздуха.

В предлагаемом устройстве сложная механическая цепь звеньев исключена и заменена непосредственной связью пневматического регулятора и органа управления УОВТ. Такая положительная обратная связь по давлению наддувочного воздуха позволяет управлять УОВТ во всем диапазоне скоростей и нагрузок дизеля с турбонаддувом. Как показано на параметрической характеристике дизеля (фиг. 1) давление наддувочного воздуха Р_в зависит как от скорости вращения дизеля ω, так и от развиваемого крутящего момента М. Буквой а отмечена внешняя характеристика дизеля при постоянном положении органа управления подачей топлива, буквой б - регуляторная характеристика при изменении положения органа управления подачей топлива. Буквой N - номинальный режим работы, являющийся общей точкой совпадения кривых а и б. Буквой в - отмечено семейство кривых постоянного значения расхода топлива. Буквой г - семейство кривых постоянного значения давления наддувочного воздуха Р_в.

На установившихся режимах работы дизеля (фиг. 1) давление наддувочного воздуха Р_в растет при увеличении крутящего момента М и скорости ω [3, 4]. Для минимизации расхода топлива УОВТ должен увеличиваться при росте крутящего момента и скорости. Поэтому изменение УОВТ с помощью положительной обратной связи может быть поставлено в зависимость от давления наддувочного воздуха, которое также увеличивается при росте крутящего момента и скорости дизеля. Таким образом, необходимая для минимизации расхода топлива зависимость оптимального значения УОВТ от крутящего момента и от скорости может быть реализована косвенным образом с помощью управления УОВТ по давлению наддувочного воздуха.

Аналогичный характер изменению давления наддувочного воздуха носит семейство кривых постоянных значений УОВТ - кривые г (фиг. 1), гарантирующее минимизацию вредных выбросов выпускных газов и максимальную экономичность работы, оцениваемую эффективным КПД дизеля с турбонаддувом [4].

Основой модификации изменения УОВТ для улучшения экономических и экологических показателей дизеля КамАЗ в широком диапазоне скоростей ω₁ и нагрузок - крутящего момента М явились базовые характеристики с постоянным УОВТ, равным 18 градусов до верхней мертвой точки (ВМТ) [4]. Стремление оптимизировать изменения УОВТ для улучшения только экономических показателей приводит к требованию увеличения УОВТ [4] при увеличении как скорости дизеля ω₁, так и подачи топлива, пропорциональной росту нагрузки - крутящего момента дизеля М. Оптимизация изменения УОВТ по ОСТ 37.001-81 для улучшения экономических показателей приводит к алгоритму, который не обеспечивает выполнение требований норм даже EURO 1 по предельным выбросам окислов азота NO_x, хотя общие требования изменения УОВТ [4] сводятся к его увеличению при возрастании как скорости ω₁, так и подачи топлива и пропорционального роста крутящего момента дизеля М.

Известен способ автоматического управления дизеля с турбонаддувом, заключающийся в изменении подачи топлива в цилиндр дизеля по отклонению от заданной рычагом управления скорости дизеля с помощью отрицательной обратной связи по скорости и положительной обратной связи по изменению давления наддувочного воздуха, а также заключающийся в изменении утла опережения впрыскивания топлива по отклонению от заданной рычагом управления скорости вращения дизеля с помощью отрицательной обратной связи по скорости.

Предлагается способ управления дизеля с турбонаддувом, отличающийся тем, что дополнительно обеспечивается изменение угла опережения впрыскивания топлива в зависимости от давления наддувочного воздуха с помощью положительной обратной связи.

Общим признаком известного и предлагаемого способов управления дизеля с турбонаддувом является то, что изменение цикловой подачи топлива в цилиндр производится по отклонению от заданной рычагом управления скорости вращения, заданной рычагом управления, с помощью отрицательной обратной связи по скорости. Этот признак присущей всем системам управления скорости дизелей.

Существенное отличие предлагаемого способа от известного заключается в том, что дополнительно обеспечивается изменение УОВТ в зависимости от давления наддувочного воздуха с помощью положительной обратной связи.

Введение дополнительной положительной обратной связи по давлению наддувочного воздуха осуществляется дополнительным пневматическим чувствительным элементом давления наддувочного воздуха, что позволяет при разгоне управлять топливоподачей по характеристике близкой к экономической характеристике дизеля, отмеченной точкой Д и проходящей через точку N - номинального режима и точку е - режима минимального расхода топлива на параметрической характеристике фиг. 1.

Отличие предлагаемого способа от известного заключается также в том, что что величина подачи топлива растет при увеличении давления наддувочного воздуха и снижении скорости вращения дизеля, угол опережения впрыскивания топлива растет при увеличении давления наддувочного воздуха и скорости вращения дизеля.

Известен автоматический регулятор дизеля с турбонаддувом, содержащий корпус, топливный насос высокого давления с органом управления угла опережения впрыскивания топлива и с органом управления подачи топлива, которые связаны кинематически и перемещение которых ограничивается регулируемыми в корпусе упорами, центробежный чувствительный элемент скорости дизеля, главную пружину, рычаг управления скорости дизеля, пневматический чувствительный элемент давления наддувочного воздуха с мембраной, связанный трубопроводом с впускным патрубком дизеля.

Для достижения поставленной цели предлагается автоматический регулятор дизеля с турбонаддувом, отличающийся тем, что снабжен гильзой с отсечным отверстием, втулкой с отсечным отверстием и суммирующим рычагом, плунжер выполнен с осевым каналом, с радиальным каналом и с верхней и нижней винтовой кромками, осевой канал и радиальный канал плунжера выполнены с возможностью сообщения надплунжерной полости с полостью плунжера, втулка установлена коаксиально плунжеру с возможностью поворота относительно последнего, втулка и плунжер являются исполнительными органами механизмов органов управления угла опережения впрыскивания топлива и величины подачи топлива, кинематически связаны с главным рычагом и с центробежным чувствительным элементом скорости дизеля, пневматический чувствительный элемент давления наддувочного воздуха с мембраной связан с пружиной и штоком, суммирующий рычаг связан кинематическими парами и тягами со штоком пневматического чувствительного элемента давления наддувочного воздуха, главным рычагом, центробежным чувствительными элементом скорости дизеля и с органом управления угла опережения впрыскивания топлива и с органом управления подачи топлива, перемещение концов которого ограничивается двумя регулируемыми в корпусе упорами, причем плунжер имеет возможность перекрытия верхней винтовой кромкой отсечного отверстия гильзы, а нижней отсечной кромкой - отсечного отверстия втулки.

Существенные совпадающие признаки известного и предлагаемого устройств заключаются в том, что автоматический регулятор дизеля с турбонаддувом содержит топливный насос высокого давления (ТНВД) с органом управления угла опережения впрыскивания топлива (УОВТ) и с органом управления подачи топлива. Однако эти признаки присущи многочисленным известным автоматическим регуляторам дизеля с турбонаддувом [3, 4].

Существенные отличия известного и предлагаемого устройств заключаются в том, предлагаемый регулятор снабжен гильзой с отсечным отверстием, втулкой с отсечным отверстием и суммирующим рычагом, плунжер выполнен с осевым каналом, с радиальным каналом и с верхней и нижней винтовой кромками, осевой канал и радиальный канал плунжера выполнены с возможностью сообщения надплунжерной полости с полостью плунжера, втулка установлена коаксиально плунжеру с возможностью поворота относительно последнего, втулка и плунжер являются исполнительными органами механизмов органов управления угла опережения впрыскивания топлива и величины подачи топлива, кинематически связаны с главным рычагом и с центробежным чувствительным элементом скорости дизеля, пневматический чувствительный элемент давления наддувочного воздуха с мембраной связан с пружиной и штоком, суммирующий рычаг связан кинематическими парами и тягами со штоком пневматического чувствительного элемента давления наддувочного воздуха, главным рычагом, центробежным чувствительными элементом скорости дизеля и с органом управления угла опережения впрыскивания топлива и с органом управления подачи топлива, перемещение концов которого ограничивается двумя регулируемыми в корпусе упорами, причем плунжер имеет возможность перекрытия верхней винтовой кромкой отсечного отверстия гильзы, а нижней отсечной кромкой - отсечного отверстия втулки.

Предлагаемое устройство отличается дополнительно тем, что суммирующий рычаг кинематически соединен в верхней точке с органом управления угла опережения впрыскивания топлива, средняя точка его присоединена к штоку пневматического чувствительного элемента давления наддувочного воздуха, нижние точки - к органу управления величины подачи топлива и главному рычагу, таким образом, что они образуют суммирующий механизм с числом степеней свободы w=2.

Предлагаемое устройство отличается дополнительно тем, что верхняя винтовая отсечная кромка плунжера, перекрывающая отсечное отверстие в гильзе, эквидистантна нижней винтовой отсечной кромке плунжера, перекрывающей отсечное отверстие втулки.

Сравнение свойств заявляемого и известного решений показывает, что у заявляемого решения появляются новые свойства, не совпадающие со свойствами известных решений, и что заявляемое решение обладает существенными отличиями.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 2 представлена кинематическая схема автоматического регулятора дизеля с турбонаддувом, содержащего корпус 1, чувствительный элемент скорости дизеля 2 и пневматический чувствительный элемент давления наддувочного воздуха 3, связанный воздухопроводом 7 с впускным патрубком дизеля (ввиду общеизвестности не показанного на фиг. 2) [2]. Мембрана 4 пневматического чувствительного элемента давления наддувочного воздуха 3 связана штоком 5 шарнирно со средней точкой суммирующего рычага 10, верхний конец которого соединен тягой 9 с органом управления угла опережения впрыскивания топлива 8, а нижний конец тягой 14 - с органом управления подачи топлива 13. Между мембраной 4 и корпусом 1 заключена пружина 6.

Перемещение органа управления угла опережения впрыскивания топлива, связанного с верхним концом суммирующего рычага 10, ограничивается регулируемым в корпусе 1 упором 15. Перемещение органа управления подачей топлива, связанного с нижним концом суммирующего рычага 10, ограничивается регулируемым в корпусе 1 упором 16.

Нижний конец суммирующего рычага 10 соединен шарниром с главным рычагом 11, который в нижней части соединен шарниром с корпусом 1. На главный рычаг 11 через муфту 18 опирается центробежный чувствительный элемент 2, который приводится во вращения от кулачкового вала 41 топливного насоса высокого давления. При вращении грузов 17 центробежный чувствительный элемент скорости дизеля 2 общеизвестной конструкции [2, 4] воздействует на главный рычаг 11. Главная пружина 12 соединяет рычаг управления скорости дизеля 21 с главным рычагом 11, действуя с усилием затяжки, направленным в сторону, противоположную действию центробежного чувствительного элемента 2. Перемещение рычага управления скорости дизеля 21 ограничивается регулируемым в корпусе 1 упором 19 минимальной скорости дизеля и регулируемым в корпусе 1 упором 20 максимальной скорости дизеля.

Орган управления УОВТ 8 представляет цилиндрический стержень, один конец которого соединен шарниром с тягой 9, на другом конце которого выполнена зубчатая рейка 40, соединенная зубчатой передачей 39 с плунжером 24, опирающимся на кулачок 41, выполненный на кулачковом валу 18.

Орган управления подачи топлива 13 представляет цилиндрический стержень, один конец которого соединен шарниром с тягой 14, на другом конце которого выполнена зубчатая рейка 35, соединенная зубчатой передачей 34 с втулкой 31.

На фиг. 3 представлена принципиальная схема топливного насоса высокого давления (ТНВД), размещенного в корпусе 1. В корпусе 1 ТНВД размещена гильза 22 с отсечным отверстием 23, которое выходит в надплунжерную полость 30 и сообщается каналом 33 с полостью низкого давления ТНВД. Плунжер 24 размещен в гильзе 22 с возможностью при своем движении вверх перекрытия отсечного отверстия 23, которое сообщаются с полостью низкого давления ТНВД. Внутри плунжера 24 выполнены соединенные между собой осевой перепускной канал 27 и радиальный канал 28, сообщающие надплунжерную полость 30 гильзы 22 и полость 29 плунжера 24 между собой. Привод плунжера 24 осуществляется от кулачкового вала 41. Пружина 38, установленная между плунжером 24 и прокладкой 37, соединенной с корпусом 1, служит для возвращения плунжера 24 в нижнее положение.

В корпусе 1 ТНВД между плунжером 24 и корпусом 1 размещена также втулка 31, которая охватывает плунжер 24 с отсечным отверстием 32, выходящим в полость 29 плунжера 24, с возможностью поворота и перекрытия нижней кромкой 26 плунжера 24 отсечного отверстия 32, сообщающегося через канал 33 в корпусе 1 с полостью низкого давления ТНВД. Между втулкой 31 и прокладкой 37 размещена пружина 36, которая служит для прижима втулки 31 в верхнем положении и гильзы 22.

На плунжере 24 выполнены верхняя отсечная кромка 25 и нижняя 26 отсечная кромка, имеющие возможность перекрывать при движении в гильзе 22, и отсечное отверстие 32, выполненное во втулке 31. Плунжер 24 упирается в корпус 1 пружиной 38, служащей для обеспечения его движения на сближение с кулачковым валом 41. Поворот плунжера 24 при изменении угла опережения впрыскивания топлива осуществляется при помощи шестерни 39, выполненной на плунжере 24 и зацепляющейся с рейкой 40, выполненной на конце органом управления УОВТ 8.

Поворот втулки 31 при управлении подачи топлива осуществляется при помощи шестерни 34, выполненной на плунжере 24, зацепляющейся с рейкой 35, выполненной на органе дозирования подачи топлива 41.

Надплунжерная полость 30 закрывается нагнетательным клапаном 42, установленным на трубопроводе 43 подачи топлива в форсунку, не показанную на фиг. 3, конструкция которой общеизвестна [3].

Работа устройства управления топливоподачей дизельного двигателя с турбонаддувом.

Переходный процесс дизеля с турбонаддувом, например разгон, наступает при перемещении рычага 21 управления скорости из положения режима работы холостого хода с минимальной скоростью в положение с высокой скоростью ω_max, которое вызывает увеличение затяжки главной пружины 12 (фиг. 2). При этом главный рычаг 11 перемещает вправо орган управления подачи топлива в сторону увеличения подачи топлива, что вызывает увеличение крутящего момента М и скорости ω дизеля. Эти изменения крутящего момента и скорости дизеля с некоторой задержкой за счет инерции ротора турбокомпрессора приводят к росту давления наддува, которое воспринимается пневматическим чувствительным элементом 3, перемещающим суммирующий рычаг 10 и орган управления 8 УОВТ вправо, что вызывает соответствующее увеличение УОВТ до оптимального значения. Таким образом, управление величины и начала подачи топлива от скорости дизеля и давлениея наддувочного воздуха позволяет повысить качество рабочего процесса в цилиндре [4].

Вращение кулачкового вала 41 ТНВД (фиг. 3) вызывает периодическое поднятие и опускание плунжера 24 в соответствии с профилем кулачка, расположенного на кулачковом валу 41.

Управление подачей топлива осуществляется при движении плунжера 24 внутри гильзы 22 путем перекрытия отсечного отверстия 23 верхней кромкой 25 плунжера 24. В этот момент отсечное отверстие втулки 32 перекрывается плунжером 24 и давление топлива в надплунжерной полости 30 увеличивается, вызывая открытие нагнетательного клапана 42 и подачу топлива в цилиндр. При дальнейшем перемещении вверх плунжер 24 нижней отсечной кромкой 26 открывает отсечное отверстие 32 втулки 31, что вызывает снижение давления топлива в надплунжерной полости 30 путем вытекания топлива через каналы 27, 28 и отсечное отверстие 32 в полость низкого давления ТНВД. Вследствие этого нагнетательный клапан 43 закрывается и подача топлива в цилиндр прекращается. Таким образом, начало и окончание подачи топлива в цилиндр, определяющие величину подачи топлива и крутящий момент, регулируется поворотом плунжера 24 ТНВД с помощью органа управления УОВТ 8 и поворотом втулки 31 органа управления подачи топлива.

Движение плунжера 24 вниз обеспечивается действием пружины 38, прижимающей плунжер к кулачковому валу 41. При движении плунжера 24 вниз открывается перепускное отверстие 23 и происходит заполнение наддплунжерной полости 30 новой порцией топлива низкого давления.

Управление УОВТ идет положительной обратной связью, поскольку увеличение УОВТ, сопровождаемое увеличением подачи топлива и скорости, вызывает рост давления наддувочного воздуха.

Поскольку увеличение органом управления подачи топлива 13 при разгоне дизеля перемещением рычага управления 21 вызывает рост скорости, то вступает в действие отрицательная обратная связь [3] через действие центробежного чувствительного элемента 2 влево снижения подачи топлива в цилиндр.

Переходные процессы в цепях положительной и отрицательной обратной связи идут одновременно, обеспечивая работу по экономической характеристике дизеля согласно оптимальному изменению УОВТ за счет выбора жесткости пружины 6 пневматического чувствительного элемента 3. Выбором жесткости главной пружины 12 обеспечивается оптимальное соотношение скорости дизеля и положения рычага управления 8.

Окончание переходного процесса дизеля и наступление установившегося режима работы обеспечивается равенством крутящего момента, зависящего от подачи топлива, и момента сопротивления нагрузки. Изменение момента сопротивления нагрузки также вызывает начало переходного процесса дизельного двигателя, аналогичного процессу, вызываемому перемещением рычага управления.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Заявляемые способ управления дизеля с турбонаддувом и устройство его осуществления позволяют повысить эффективность грузоподъемных и транспортных машин с приводом от дизеля с турбонаддувом и снизить расход топлива по сравнению с известными устройствами. Управление дизеля с турбонаддувом в эксплуатации по экономической характеристике может служить значительным резервом повышения экономичности на переходных режимах. Экспериментальные исследования показали [4], что заявленное изобретение может оно быть реализовано с обеспечением безопасности работы.

Литература

1. Леонов И.В. Патент RU №2576102 «Способ автоматического управления дизеля с турбонаддувом и устройство его осуществления». Зарегистрирован 02 февраля 2016 г. Опубл. 27.02.2016. Бюл. №6.

2. Леонов И.В., Марков В.А., Сиротин Е.А. и др. Управление параметрами впрыскивания топлива в дизеле. Грузовик. 2001. №1. С. 26-31.

3. Кругов В.И., Леонов И.В., Шатров В.И. Формирование равновесной характеристики двухимпульсного регулятора по скорости и давлению наддувочного воздуха комбинированного ДВС. «Известия Вузов. Машиностроение» №7, 1987. с. 81-85.

4. Марков В.А. Определение оптимальных законов управления углом опережения впрыскивания топлива // Известия ВУЗов. Машиностроение. 1994. №4.

Подписи под рисунками

5. Фиг. 1. Обобщенная параметрическая характеристика дизеля.

6. Фиг. 2. Кинематическая схема автоматического регулятора дизеля с турбонаддувом.

7. Фиг. 3. Кинематическая схема топливного насоса высокого давления (ТНВД).

Способ управления дизеля с турбонаддувом заключается в изменении цикловой подачи топлива в цилиндр дизеля. Осуществляют изменение подачи топлива по отклонению от заданной рычагом (21) управления скорости вращения дизеля с помощью отрицательной обратной связи по скорости и положительной обратной связи по изменению давления наддувочного воздуха. Осуществляют изменение угла опережения впрыскивания топлива по отклонению от заданной рычагом (21) управления скорости вращения дизеля с помощью отрицательной обратной связи по скорости. Дополнительно осуществляют изменение угла опережения впрыскивания топлива в зависимости от давления наддувочного воздуха с помощью положительной обратной связи. Раскрыт автоматический регулятор топливоподачи дизеля с турбонаддувом. Технический результат заключается в повышении точности управления топливоподачи в цилиндр дизеля. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ управления дизеля с турбонаддувом, заключающийся в изменении цикловой подачи топлива в цилиндр дизеля по отклонению от заданной рычагом управления скорости вращения дизеля с помощью отрицательной обратной связи по скорости и положительной обратной связи по изменению давления наддувочного воздуха, а также заключающийся в изменении угла опережения впрыскивания топлива по отклонению от заданной рычагом управления скорости вращения дизеля с помощью отрицательной обратной связи по скорости, отличающийся тем, что дополнительно обеспечивается изменение угла опережения впрыскивания топлива в зависимости от давления наддувочного воздуха с помощью положительной обратной связи.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что величина подачи топлива растет при увеличении давления наддувочного воздуха и снижении скорости вращения вала дизеля, угол опережения впрыскивания топлива растет при увеличении давления наддувочного воздуха и скорости вращения вала дизеля.

3. Автоматический регулятор топливоподачи дизеля с турбонаддувом, содержащий корпус, топливный насос высокого давления с органом управления угла опережения впрыскивания топлива и с органом управления подачи топлива, которые связаны кинематически и перемещение которых ограничивается регулируемыми в корпусе упорами, центробежный чувствительный элемент скорости дизеля, главную пружину, рычаг управления скорости дизеля, пневматический чувствительный элемент давления наддувочного воздуха с мембраной, связанный трубопроводом с впускным патрубком дизеля, отличающийся тем, что регулятор снабжен гильзой с отсечным отверстием, втулкой с отсечным отверстием и суммирующим рычагом, плунжер выполнен с осевым каналом, с радиальным каналом и с верхней и нижней винтовой кромками, осевой канал и радиальный канал плунжера выполнены с возможностью сообщения надплунжерной полости с полостью плунжера, втулка установлена коаксиально плунжеру с возможностью поворота относительно последнего, втулка и плунжер являются исполнительными органами механизмов органов управления угла опережения впрыскивания топлива и величины подачи топлива, кинематически связаны с главным рычагом и с центробежным чувствительным элементом скорости дизеля, пневматический чувствительный элемент давления наддувочного воздуха с мембраной связан с пружиной и штоком, суммирующий рычаг связан кинематическими парами и тягами со штоком пневматического чувствительного элемента давления наддувочного воздуха, главным рычагом, центробежным чувствительным элементом скорости дизеля и с органом управления угла опережения впрыскивания топлива и с органом управления подачи топлива, перемещение концов которого ограничивается двумя регулируемыми в корпусе упорами, причем плунжер имеет возможность перекрытия верхней винтовой кромкой отсечного отверстия гильзы, а нижней отсечной кромкой - отсечного отверстия втулки.

4. Регулятор по п. 3, отличающийся тем, что суммирующий рычаг кинематически соединен в верхней точке с органом управления угла опережения впрыскивания топлива, средняя точка его присоединена к штоку пневматического чувствительного элемента давления наддувочного воздуха, нижние точки - к органу управления величины подачи топлива и главному рычагу таким образом, что они образуют суммирующий механизм с числом степеней свободы w=2.

5. Регулятор по п. 4, отличающийся тем, что верхняя винтовая отсечная кромка плунжера, перекрывающая отсечное отверстие в гильзе, эквидистантна нижней винтовой отсечной кромке плунжера, перекрывающей отсечное отверстие втулки.