Регулятор дизеля с турбонаддувом Советский патент 1992 года по МПК F02D1/00 F02D23/00 

Изобретение относится к автоматическому регулированию дизелей.

Известные регуляторы скорости, содержащие только центробежный чувствительный элемент, непригодны для целей регулирования дизелей с турбонаддувом. При отсутствии кинематической связи турбокомпрессора с валом двигателя дизель с .турбонаддувом становится многомерным сгбъектом регулирования, для управления которым требуется несколько регулирующих воздействий, так как параметры дизеля становятся не автономными, а связанными между собой. Поэтому в многомерном объекте регулирования стремление повысить точность регулирования одного из параметров, например скорости вращения вала дизеля, влечет за собой необходимость повышения точности и других параметров, например давления наддувочного воздуха. Это связано с тем, что нестабильность поддержания давления наддува, особенно на режимах холостого хода, приводит к нерегулируемым колебаниям скорости вращения, стабилизировать которые изменениями подачи топлива трудно удается в связи с тем, что причина этих колебаний связана с колебаниями параметров турбокомпрессора на режимах холостого хода дизеля.

Таким образом, существенный недостаток одноимпульсного регулятора скорости объясняется тем, что при изменениях давления наддува подачи воздуха не согласуется с подачей топлива, что приводит к повышению дымности выпускных газов и снижению экономичности комбинированного двигателя.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому регулятору является двухимпульсный регулятор дизеля, содержащий центробежный и пневматический чувствительные элементы.

Недостаток описанного регулятора состоит в том. что, управляя подачей топлива с целью поддержания скоростного режима на заданном уровне и корректируя эту подсл

Ч VJ 00 СО

со

О

ачу топлива в зависимости от давления наддувочного воздуха, воздействия на давление наддувочного воздуха не производится, при наличии двух чувствительных элементов в регуляторе остается один регулирующий орган - рейка топливного насоса. Все это приводит к снижению точности регулирования одного из основных параметров ка- чества рабочего процесса дизеля с турбонаддувом - давления наддувочного воздуха, кроме этого, происходит и значительное снижение динамических качеств / дизеля за счет отставания изменения скоростного режима ротора турбокомпрессора на переходных режимах работы,

Целью изобретения является повышение точности регулирования дизеля с турбонаддувом.

Цель достигается тем, что регулятор дизеля с турбонаддувом, содержащий центробежный чувствительный элемент с грузами, рычаг, кинематически связанный с центробежным чувствительным элементом, механизм изменения количества подаваемого топлива, кинематически связанный с рычагом и рейкой топливного насоса, выпускной клапзн с коромыслом, приводной механизм с толкателем, кинематически связанный с кулачковым валом и коромыслом выпускного клапана, он снабжен пружиной, взаимодействующей с осью качения рычага, механизмом изменения угла открытия выпускного клапана, выполненного в виде гидроцилиндра с отсечным каналом, толкателя, выполненного в виде плунжера с отчетной кромкой и установленного с возможностыо поступательного и вращательного движения в гидроцилиндре, шестерни, жестко соединенной с плунжером, зубчатой рейкой, кинематически связанной с рычагом и входящей в зацепление с шестерней, причем плунжер с гидроцилиндром образуют напорную полость, гидравлически связанную с коромыслом выпускного клапана, а отсечная кромка выполнена с возможностью перекрытия отсечного клапана.

На фиг.1 представлена принципиальная схема предлагаемого регулятора; на фиг.2 - конструктивная схема гидравлического усилительного устройства, управляемого регулятором дизеля с турбонаддувом и регулирующего угол предварения открытия выпускного клапана; на фиг.З - кинематическая диаграмма открытия выпускного клапана; на фиг.4-6 - статические характеристики регулятора при различных положениях рычага управления.

Регулятор дизеля с турбонаддувом содержит центробежный чувствительный элемент 1, механизм изменения количества

подаваемого топлива 2 и механизм изменения угла открытия выпускного клапана 3.

Центробежный чувствительный элемент 1 включает размещенную на хвостовике 4 кулачкового вала 5 топливного насоса траверсу 6 с размещенными на ней грузами 7, взаимодействующими с муфтой 8. Механизм изменения количества подаваемого топлива 2 содержит взаимодействующий с

0 муфтой 8 рычаг 9 с осями 11 и 10. Рычаг 9

через ось 11 и всережимную пружину 12

взаимодействует с рычагом управления 13,

перемещение которого ограничено упором

14 максимальной и упором 15 минимальной

5 частоты вращения. Рычаг 9 через ось 11 и тягу 16 соединен с дозирующей топливопо- дачу рейкой 17, перемещение которой ограь ничено упором 18 максимальной подачи топлива. Дозирующая рейка 17 через зубча0 тое колесо 19 связана с регулирующей втулкой 20, установленной на топливоепрыскивающем плунжере 21, кинематически связанном с кулачковым валом 5 топливного насоса.

5 Механизм изменения угла предварения выпуска газов из цилиндра 3 имеет пружину 22, взаимодействукэщую через шток 23 с осью качания 10 главного рычага 9, зубчатую рейку 24 регулирования угла предваре0 ния выпуска, связанную тягой 25 с рычагом 9. и дополнительное зубчатое колесо 26. находящееся в зацеплении с зубчатой рейкой 24. Шестерня 26 жестко установлена на участке 27 плунжера 28 гидравлического меха5 -низма привода выпускного клапана, показанного также на фиг.2. Участок 27 плунжера 28 имеет квадратное сечение, остальные участки его имеют цилиндрическую форму, на торцовом участке 29 Плунжера 28

0 гидропривода выпускного клапана выполнена винтовая кромка (фиг.2). Плунжер 28 размещен в корпусе гидроцилиндра 30, в котором выполнено отверстие 31 для подачи и слива масла. Между плунжером 28 и

5 корпусом 30 установлена пружина 32. Плун - жер 28 контактирует с кулачковым механизмом, вал которого 5 связан жестко с валом .дизеля. В корпусе 30 гидроцилиндра соосно с плунжером 28 расположен толкатель 33,

0 на который концом, опирается коромысло 34. Другой конец коромысла 34 опирается на выпускной клапан 35, между выпускным клапаном и корпусом 30 расположена клапанная пружина 36. Выпускной клапан 35

5 соединяет полость цилиндра дизеля 37 и патрубок 38 турбокомпрессора 39. Впускной патрубок дизеля 40 соединяется с цилиндром 37 дизеля впускным клапаном 41. Таким образом, регулятор дизеля с тур- бонаддувом снабжен пружиной 22, взаимодействующей с осью качения 10 рычага 9, и механизмом изменения угла открытия выпускного клапана 35, выполненного в виде плунжера 28 с отсечной кромкой 29, установленного с возможностью поступательного и вращательного движений в гидроцилиндре 30, шестерни 26, жестко соединенной с плунжером 28, зубчатой рейкой 24, кинематически связанной с рычагом 9 и входящей в зацепление с шестерней 26, причем плунжер 28 и толкатель 33 с гидроцилиндром 30 образуют напорную полость, связанную толкателем 33 с коромыслом выпускного клапана 36, а отсечная кромка 29 выполнена с возможностью перекрытия отверстия 31.

Регулятор работает следующим образом. При снижении скоростного режима п дизеля снижается приведенная к муфте центробежная сила грузов 7 и главная пружина 12 перемещает рейку 17топливопода- чи в сторону увеличения подачи топлива (+hp), как показано на фиг.З, при этом главный рычаг 9 перемещает рейку 24 изменения угла предварения выпуска газов из цилиндра в сторону увеличения давления последних в патрубке 38 турбокомпрессора 39 (фиг.2) по зависимости, показанной на фиг.4.

Зависимости перемещений реек изменения топливоподачи дц и угла предварения выпуска 0 определяются не только скоростным режимом дизеля, но и настройкой регулятора а . Требуемый скоростной режим дизеля задается путем изменения положения рычага управления 13. При положении рычага управления 13 на упоре 15 ((Х (X упр тГп ) деформация главной пружины 12 минимальна и равна при номинальной частоте вращения приведенной центробежной силе грузов 7 (точка а на фиг.З). Увеличение частоты вращения свыше минимального значения nmm приводит к увеличению центробежной силы грузов 7, расхождению их на больший радиус, перемещению муфты 8 вправо,повороту главного рычага 9 по часовой стрелке относительно оси 10 и к перемещению рейки 17 дозирования топливоподачи вправо на уменьшение подачи топлива -hp. При этом различается регуляторная характеристика a-d фиг.З, причем точка d соответствует режиму минимальной частоты холостого хода дизеля. Аналогичным образом происходит отработка сигнала и по перемещению рейки 24 изменения угла предварения выпуска в газов из цилиндра 37 в турбину. Угол предварения выпуска в газов отчитывается от нижней мертвой точки ( р- угол поворота вала дизеля; 5з5 - перемещение выпускного клапана). Закон изменения положения рейки 24 изменения предварения выпуска газов показан на фиг.4, причем уча- 5 сток ad соответствует минимальной деформации главной пружины 12 регулятора

(«mm ).

При желании обеспечить номинальную частоту вращения гыом рычаг управления 13 0 перемещается на упор 14 max Точка b соответствует номинальному режиму работы дизеля, увеличение частоты сверх номинальной РНОМ приводит к увеличению центробежной силы грузов 7, рас5 хождению их на больший радиус и т.п. При этом реализуется предельная регуляторная характеристика b-с, на которой точка с соответствует режиму максимальной частоты

0 холостого хода.

При положении рычага управления 13 на упоре 14 « «упр max и частоте п пном затяжка всережимной пружины 12 больше приведенной центробежной силы грузов 7,

5 дозирующая топливоподачу рейки 17 топливного насоса находится на упоре hp const и реализуется внешняя характеристика дизеля а-b, как показано на фиг.З.

Работа предлагаемого устройства про0 исходит следующим образом.

Кулачковый вал 5 газораспределительного механизма периодически перемещает плунжер 28 вверх, но движение толкателя 33 на открытие выпускного клапана 35 про5 исходит с задержкой, определяемой начальным расстоянием А между сбросным отверстием 31 в корпусе 30 гидроцилиндра и винтовой кромкой 29, выполненной на плунжере 28. Изменяя этот зазор Д путем

0 поворота плунжера 28 с помощью зубчатого колеса 26 и рейки 24, можно менять угол 9 предварения выпуска газов из цилиндра 37, давление их и давление наддувочного воз- духаРв во впускном патрубке 40

5Одним из основных параметров дизеля

с турбонаддувом, наряду с количеством подаваемого в цилиндр топлива ди,,является давление наддувочного воздуха Рц во впускном трубопроводе 40. Снижение давления

0 наддувочного воздуха приводит к ухудшению продувки цилиндра, нарушениям процесса сгорания и снижению экономичности дизеля. Таким образом, при первоначальном движении плунжера 28 вверх до выбор5 ки зазора А происходит вытеснение рабочей жидкости из гидросистемы через перепускное отверстие 31 и открытие выпускного клапана 35 происходит после перекрытия винтовой кромкой 29 отверстия 31. Закрытие выпускного клапана 35 происхоекании толкателя 33 под действием на коромысло 34 выпускного клапана 35 пружины 36.

Увеличение угла предварения выпуска газов из цилиндра в (фиг.6) позволяет повысить энергию выпускных газов перед турбокомпрессором и давление наддувочного воздуха Рв на впуске в цилиндр дизеля, Поворачивая плунжер 28 с помощью зубчатого колеса 26 и рейки 24, связанной с главным рычагом регулятора 9, обеспечиваются регуляторные характеристики, показанные на фиг.4. В заявляемом регуляторе это обеспечивает следующим образом. В точке а фиг.4 на режиме минимального холостого .хода rimin затяжка пружины 22 равна приведенной центробежной силе грузов 7. При положении рычага управления на упоре 14 max увеличение частоты свыше nmin приводит к увеличению центробежной силы грузов 7, расхождению их на больший радиус, перемещению муфты 8 вправо (деформируя пружину 22), повороту главного рычага 9 против часовой стрелки относительно оси 11 и к перемещению рейки 24 регулирования угла предварения выпуска, при этом реализуется внешняя характеристика а-Ь, точка b которой соответствует номинальному режиму. Увеличение частоты вращения п приводит к снижению угла предварения выпуска газов (фиг.6), что позволяет увеличить энергию выпускных газов на малых скоростных режимах за счет увеличения угла предварения выпуска газов из цилиндра. Но угол предварения выпуска целесообразно регулировать не только в зависимости от частоты вращения, но и в зависимости от нагрузки на дизель и подачи топлива в цилиндр. В заявляемом регуляторе это осуществляется по зависимости, показанной на фиг.5, следующим образом. При работе на номинальном режиме работы пном (точка b фиг.4) и положении рычага управления (2упр тахцентробежная сила грузов 7 равна усилию предварительной затяжки пружины 12. При п пном грузы 7 расходятся, деформируя пружину 12 и поворачивая главный рычаг 9 по часовой стрелке относительно оси 10. Как уже отмечалось, это приводит к перемещению дозирующей топливоподачу рейки 17 вправо на уменьшение топливоподачи по регуляторной характеристике b-с. Одновременно поворот главного рычага 9 по часовой стрелке относительно оси 10 приводит к перемещению рейки 24 изменения угла предварения выпуска газов из цилиндра..Рейка 24 перемещается вправо по характеристике b-с на увеличение энергии газов и давления наддувочного воздуха по мере снижения подачи топлива по регуляторной характеристике дизеля, как показано на фиг.5.

Возможность одновременного непропорционального регулирования подачи топлива и давления наддувочного воздуха в широком диапазоне скоростных и нагрузочных режимов работы дизеля в предлагаемом регуляторе осуществляется за счет

введения нового канала регулирования давления наддувочного воздуха с помощью нового типа регулирующего органа, в качестве - которого используется выпускной клапан с приводом, позволяющим регулировать фазы его движения. Повышение точности регулирования обеспечивается не только за счет введения дополнительного регулирующего органа - гидравлического толкателя с косой кромкой 29, но и за счет импульсного харакра движения его, приводящего к снижению . потребных усилий на его управление и уменьшение нечувствительности.

Использование предлагаемого закона регулирования давления наддувочного воздуха Рв, позволяющего повысить его давление на малых нагрузках и скоростных режимах, позволяет улучшить очистку цилиндра на этих режимах, тем самым поднять качество сгорания и снизить токсичность

выпускных газов на основных эксплуатационных режимах работы двигателя.

Формула изобретения

Регулятор дизеля с турбонаддувом, содержащий центробежный чувствительный элемент с грузами, рычаг, кинематически связанный с центробежным чувствительным элементом, механизм измерения количестваподаваемоготоплива,

кинематически связанный с главным рыча. гом и рейкой топливного насоса, выпускной

клапан с коромыслом, приводной механизм

с толкателем, кинематически связанный с

кулачковым валом и коромыслом выпускного клапана, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулирования, он снабжен пружиной, взаимодействующей с осью качания главного рычага, механизмом изменения угла открытия выпускного клапана, выполненного в виде гидроцилиндра с отверстием, толкателя, выполненного в виде плунжера с отсеченной кромкой и установленного с возможностью поступательного и вращательного движения в гидроцилиндре, шестерни, жестко соединенной с плунжером, зубчатой рейки, кинематически связанной с рычагом и входящей в зацепление с шестерней, причем плунжер с гидроцилиндром образуют напорную полость, гидравлически связанную с коромыслом выпускного клапана, а отсечная кромка выполнена с возможностью перекрытия отсечного канала.

Использование, автоматическое регулирование дизелей. Сущность изобретения: регулятор дизеля с турбонаддувом содержит центробежный чувствительный элемент с грузами, главный рычаг, кинематически связанный с центробежным чувствительным элементом, механизм измерения количества подаваемого топлива, кинематически связанный с рычагом, механизм изменения угла открытия выпускного клапана, кинематически связанный с Главным рычагом, пружину, взаимодействующую с осью качания рычага. Механизм изменения угла открытия выпускного клапана выполнен в виде гидроцилиндра с отверстием и плунжера, образующего совместно напорную полость, гидравлически связанную с коромыслом выпускного клапана, с плунжером

Фиг./

п

гз а

38з

33

30

пр накс

упр мин

мин мин пнон пххмакс Фиг.З

макс

V

tl$MOKC

л8нац

flfMOKC

пнин пхх минпнон пхх макс

вФие.Ь

С

упрманс

tig пат внон

Я 2Я

пре88

упрмам

аупрнакс

р макс Фиг.З

Фиг.6