Регулятор частоты вращения двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1985 года по МПК F02D1/04 

Изобретение относится к автоматическому регулированию двигателей внутреннего сгорания.

По основному авт. св. № 909251 известен регулятор частоты вращения двигателя внутреннего сгорания, содержащий чувствительный элемент, соединенный с органом дозирования топлива,и пружиной регулятора через рычаг управления, рычаг пружины, связанной промежуточной тягой с рычагом управления. Регулятор дополнительно снабжен сервомотором с управляющим золотником, рычагом обратной связи и двуплечим рычагом, причем золотник и щток сервомотора через рычаг обратной связи подсоединен к рычагу регулятора, рычаг пружины регулятора через двуплечий рычаг - со щтоком сервомотора и через промежуточную тягу - с рычагом управления. Промежуточная тяга снабжена подвижной опорой с роликами и регулировочным винтом. При работе двигателя с переменной нагрузкой его частота вращения изменяется, что приводит к изменению центробежной силы чувствительного элемента регулятора. При этом под воздействием этой силы поворачивается рычаг регулятора, изменяя положение органа дозирования топлива и величину натяжения пружины регулятора. Одновременно с этим перемещение рычага вызывает перемещение связанного с ним через рычаг обратной связи управляющего золотника сервомотора. При этом в цилиндр сервомотора под давлением поступает рабочая жидкость, обеспечивая перемещение порщня в направлении, противоположном перемещению золотника. Перемещение поршня приводит к изменению натяжения пружины регулятора и обратному перемещению управ ляющего золотника до его нейтрального положения, после чего порщень останавливается в некотором новом положении, которое зависит от величины нагрузки на двигатель. В результате изменение частоты вращения двигателя при изменении нагрузки зависит не от жесткости пружины регулятора, как это имеет место в обычном всережимном регуляторе, а от степени корректирования натяжения пружины, осуществляемого сервомотором. Таким образом обеспечивается уменьшение наклона регуляторной характеристики двигателя по сравнению с наклоном регуляторной характеристики, формируемой обычным всережимным механическим регулятором, причем величина наклона может изменяться на ходу дизеля с помощью подвижной опоры промежуточной тяги и регулировочного винта 1.

Недостатком этого регулятора является то, что динамические показатели системы регулирования (заброс частоты вращения и длительность переходного процесса) практически определяются свойствами всережимного механического регулятора, которые не могут обеспечить требования к. регуляторам первого класса точности по ГОСТ 10511-72.

Целью изобретения является повышение

точности регулирования частоты вращения двигателя на переходных режимах.

Цель достигается тем, что в регуляторе частоты вращения двигателя внутреннего сгорания рычаг обратной связи снабжен реле линейной скорости, а промежуточная

тяга снабжена электромагнитным исполнительным механизмом, подключенным к источнику питания, причем реле линейной скорости кинематически связано с силовым рычагом регулятора и электрически - с

электромагнитным исполнительным механизмом, который кинематически связан с рычагом пружины регулятора.

Реле линейной скорости выполнено в виде одного подвижного и двух неподвижных контактов, причем подвижный контакт снабжен двумя пружинами, установлен между двумя неподвижными контактами и кинематически связан с силовым рычагом регулятора и электрически - с одним из полюсов источника питания, а неподвижные контакты электрически связаны с электромагнитным исполнительным механизмом.

Электромагнитный исполнительный механизм выполнен в виде двух соленоидов

д с подвижными сердечника.вди и ползуна, причем ползун кинематически связан с рычагом пружины регулятора и с одним из подвижных сердечников, а другой подвижный сердечник выполнен с буртиком и пружиной с предварительной затяжкой, один конец которой связан с корпусом соленоида, а второй - с буртиком сердечника.

Электромагнитный исполнительный механизм снабжен двумя выключателями, кинематически связанными с управляющим золотником сервомотора.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема регулятора; на фиг. 2 - зависимость частоты вращения от времени переходного процесса при сбросе - набросе 00°/о нагрузки и нулевом на клоне регуляторной характеристики двигателя с регулятором -

прототипом (кривая 1) к с предлагаемым (кривая 2).

Регулятор содержит чувствительный элемент 1, кинематически связанный с помощью силового рычага 2 с органом 3 дозирования топлива, пружиной 4 и подвижным контактом 5 реле линейной скорости 6. Подвижный контакт 5 удерживается в нейтральном положении двумя растянутыми пружинами 7, натяжение которых регулируется

5 винтами 8, и расположен между двумя неподвижными контактами 9 и 10. Воздущный зазор между подвижным 5 и неподвижными контактами 9 и 10 регулируется винтами И. Реле линейной скорости 6 установлено на рычаге 12 обратной связи, который связан с управляющим золотником 13 и поршнем 14 сервомотора 15. Шток 16 поршня 14 посредством двуплечего рычага 17 связан с рычагом 18 пружины 4 регулятора и ползуном 19 электромагнитного исполнительного механизма 20, который установлен на промежуточной тяге 21, связанной с рычагом управления 22. Электромагнитный исполнитёльный механизм 20 состоит из двух соленоидов 23 и 24 с подвижными сердечниками 25 и 26, пружины 27 с предварительной затяжкой и регулировочного винта 28. На сердечнике 25 выполнен буртик 29, а сердечник 26 прикреплен к ползуну 19. Подвижный контакт 5 реле линейной скорости 6 электрически связан с одним из полюсов источника питания 30, а неподвижные контакты 9 и 10 через параллельно соединенные выключатели 31 соответственно с соленоидами 23 и 24. Промежуточная тяга 21 снабжена подвижной опорой 32 с роликами 33 и регулировочным винтом 34. Полость управляющего золотника 13 сообщена с полостью . , цилиндра сервомотора 15 при помощи каналов 35 и 36. Перемещение поршня 14 в пределах рабочего хода ограничено регулируемыми упорами 37 и 38, поворот рычага 18 пружины 4 в сторону увеличения подачи топлива ограничен упором 39, поворот СИЛОВОГО рычага 2 в сторону выключеная подачи топлива ограничен упорам 40. Для подачи рабочей жидкости в сервомотор регулятор снабжен нас.осом 41 с пе-, репускным клапаном 42, масляным резервуаром 43 и фильтром 44. Регулятор работает следующим образом. При работе двигателя в режиме, заданном рычагом 22 управления, центробежная сила грузов чувствительного элемента 1 уравновешивается восстанавливающей силой пружины 4. Восстанавливающая сила зависит от предварительной деформации пружины 4 регулятора (от положения рычага 18) и положения органа 3 дозирования подачи топлива. Подвижный контакт 5 реле линейной скорости 6 удерживается пружинами 7 в нейтральном положении, при котором обеспечивается воздушный зазор между этим контактом и Кеподвижными контактами 9 и 10. Золотник 13 перекрывает каналы, соединяющие золотниковую полость с полостью цилиндра. Поршень 14 находится в некотором положении, зависящем от нагрузки на двигатель. В случае номинальной нагрузки он будет находиться на упоре 37. Сердечник 25 соленоида 23 под действием сжатой пружины 27, натяжение которой превышает максимально возможное натяжение гфужины 4 с учетом передаточного отношения от ползуна 19 к пружине 4, находится в крайнем правом положении. Ползун 19 под действием пружины 4 упирается в сердечник 25. Выключатели 31 находятся в разомкнутом положении. С уменьшением нагрузки частота вращения двигателя увеличивается, что приводит к увеличению центробежной силы чувствительного элемента 1. В результате этого силовой рычаг 2 поворачивается влево со скоростью, зависящей от скорости увеличения центробежной силы чувствительного элемента (от углового ускорения вала двигателя), перемещая связанный с ним орган 3 дозирования подачи топлива в сторону уменьшения подачи и растягивая пружину 4. Перемещение силового рычага 2 вызывает одновременное смещение подвижного контакта 5 влево от нейтрального положения и поворот рычага 12 обратной связи вокруг шарнирного соединения этого рычага со штоком поршня 14. При этом величина смещения подвижного контакта 5 будет зависеть от скорости перемещения силового рычага 2, величины вязкого трения золотника 13 и натяжения пружин 7 (влиянием сил пружин включателей 31 пренебрегаем из-за их малости), Смешение подвижного контакта 5 будет продолжаться до упора его в регулировочный винт 11 неподвижного контакта 9. Пос этого перемещение рычага 2 будет обеспечивать только поворот рычага 12 обратной связи, благодаря чему золотник 13 сместится влево от нейтрального положения, При этом произойдет замыкание контактов левого включателя 31 и электрический ток от источника питания 30 через замкнутые контакты 5 и 9 реле линейной скорости и выключатель 31 поступит в катушку соленоида 23 и подвиж1;ый сердечник 25 сместится влево, сжимая пружину 27. Под действием пружины 4 регулятора ползун 19 сместится влево, что приведет к повороту двуплечего рычага 17 вокруг его шарнирного соединения со штоком 16 до упора в регулировочный винт 28. При этом рычаг 18 повернется в сторону уменьшения натяжения пружины 4 регулятора. Уменьшение натяжения пружины 4 регулятора приведет к дополнительному перемещению силового рычага 2 влево и, следовательно, перемещению органа 3 дозирования нодачи топлива в сторону уменьшения подачи, Одновременно с этим поворот рычага 12 обратной связи приводит к смещению золотника 13 влево и каналы 35 и 36 открываются. Рабочая жидкость под давлением поступает через открытый канал 35 в левую полость цилиндра сервомотора 15. Под действием рабочей л идкости на поршень 14 последний переместится вправо и

через двуплечий рычаг 17 повернет рычаг 18 пружины 4, гго вызывает дополнительное уменыиение ее пре/гварительного натяжения.

Благодаря уменьшению натяжения пружины 4 регулятора, осуществляемого электромагнитным иеполнительным механизмом 20 и пор1ннем 14 сервомотора 15, силовой рычаг 2 повернется влево до упора в регулировочный винт 40, что соответствует положению дозирующего органа 3 при выключенной нодаче тсилива.

При этом перемещение силового рычага 2 прекратится и под действием пружин 7 подвижный контакт 5 сместится вправо в нейтральное положение, разомкнув цепь пнтапня соленоида 23. Под действием пружины 27 сердечник 25 сместится в крайнее правое нолбженис. перемещая в нейтральное положение ползун 19 и увеличивая натяжение гфужины 4 ре1 улптора. При этом силовой рычаг 2 и орган 3 дозирования подачи топлива сместятся в сторону увеличения подачи топлива. Перемещение силового рычага 2 вызовет смешение подвижного контакта 5 вправо до упора в регулировочный винт 11 неподвижного контакта 10. Благодаря тому, что в этот момент времени золотник 13 будет находиться в смещенном влево от нейтрального положения, контакты левого включателя 31 будут замкнутыми. Поэтому при замыкании контактов 5 и 10 электрический ток поступит к соленоиду 24. При этом сердечник 26 и связаннь Н с ним ползун 19 сместятся вправо, растягивая пружину 4 регулятора до упора рычага 18 в -регулировочный винт 39. Увеличение viaтял ения пружины 4 регулятора ускорит перемещен1 е силового рычага 2 и связанного с ним органа дозировя кя 3 в сторону увеличения подачи топ.шва.

Одновременно с этим перемещение моршня сервомотора 14 совместно с обратным перемещением силЪвого рычага 2 вызовут обратное ереме1депие управляющего золотника 13 вправо. Когда золотник 13 зай.мет нейтральное положение, то произойдет раз.мыкание контактов левого включателя 31 и закрытие каналов 35 и 36. При этом подача тока к соленоиду 24 прекратится . и ползун 9 пол действие. пружины 4 регулятора вернется в нейтральное положение. При закрытий каналов 35 и 36 поршень остановится в но.ожении, зависящем от величины сбраеывае.мой нагрузки. В случае полного сброса - arpv: KH порПень 14 остановится на упоре 38. На этом процесс регул ироваяия прекращается.

В результате электрол1й -1 итный исполните.чьный механиз.м. воздейстЕ;уя на npvжину регулятора, обеспечивает увеличение скорости перемещения органа 3 дозирования подачи топлива в период переходного процесса, чем достигается уменьшение набросов частоты вращения двигателя (фиг. 2 кривая 2).

При увеличении нагрузки регулятор работает аналогично, но орган 3 дозирования подачи топлива, подвижный контакт 5, золотник 13, поршень 14, ползун 19 и рычаг 18 перемещ.аются в противоположном направлении. При этом цепи питания соленоидов 23 и 24 будут замыкаться правым включателем 31.

Степень временного корректирования

5 натяжения пружины 4, осуществляемого электромагнитным исполнительным механиз.мом, регулируется путем изменения рабочего перемещения ползуна 19 регулировочными винтами28 и 39. Чувствительность регулятора по скорости перем ещения еило0 вого рычага 2 регулируется путем изменения натяжения пружин 7 с помощью регулировочных винтов 8.

Сервомотор обеспечивает корректирование натяжения пружины регулятора в зависимости от степени уменьи1е ия нагрузки на двигатель, чем достигае1ся у.меньшение наклопа регуляторной характеристики двигателя, по сравнению с характеристикой, . беспечивае.мой обычным всережимным регулятором.

0 Для изменения наклона регуляторной характеристики, необходимость которого возникает при настройке нескольких двигателей на параллельную работу, необходимо вращением регулировочного винта 3.4 изменить положение промежуточной тяги 21, проходящей между роликами 33 подвижной опоры 32. При этом длина нижнего п.псча рычага 7 из.меняется и, следовательно, изменяется передаточное число от щтока 16 к рычагу 18. Это значит, что при одинакод вом изменении нагрузки (пере.мещении порш ня 14) корректлровка предварительного натяжения пружипы 4 регулятора будет различной, чем достигается разный наклон регуляторной характеристики, включая нулевой 11 отрицательный.

5 с помощью рычага 22 управления можно .1енять настройку регулятора, чем обеспечивается его всережимность.

Использование регулятора частоты вращения позволит существенно улучщить наряду со статическими я динамические свойства системы автоматического регулирования -гастоты враа1ения дизель-электрических агрегат ов и обеспечит возможность настройки таких агрегатов на параллельную ра боту.

п,пин.

1500

1460

то

1. РЕГУЛЯТОР ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ по авт. св. ,№ 909251, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулирования частоты вращения двигателя на переходных режимах, рычаг обратной связи снабжен реле линейной скорости, а промежуточная тяга снабжена электромагнитным исполнительным механизмом, подключенным в источнику питания, причем реле линейной скорости кинеметически связано с силовым рычагом и электрически - с электромагнитным исполнительным механизмом, который кинематически связан с рычагом пружины регулятора. 2.Регулятор по п. 1, отличающийся тем, что реле линейной скорости выполнено в виде подвижного и двух неподвижных контактов, причем подвижный контакт снабжен двумя Гфужинами, установлен между двумя неподвижными контактами и кинематически связан с силовым рычагом регулятора и электрически - с одним из полюсов источника питания, а неподвижные контакты электрически связаны с электромагнитным исполнительным механизмом. 3.Регулятор по п. 1, отличающийся тем, что электромагнитный исполнительный механизм выполнен в виде двух соленоидов с подвижными сердечниками и ползуна, причем ползун кинематически связан с рычагом пружины регулятора и с одним из подвижных сердечников, а другой подвижный сердечник выполнен с буртяком и пружи(Л ной с предварительной затяжкой, один конец которой связан с корпусом соленоида, а второй - с буртиком сердечника. 4.Регулятор по п. 1, отличающийся тем, что электромагнитный, исполнительный механизм снабжен двумя выключателями, кинематически связанными с управляющим золотником сервомотора. оо 4 ел to