Регулятор дизеля с турбонаддувом Советский патент 1993 года по МПК F02D1/04 

Изобретение относится к области дви- гателестроения и может быть использовано в автотракторных дизелях с турбонаддувом.

Цель изобретения - повышение точности регулирования.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемого регулятора; на фиг.2 - целесообразный характер изменения статического угла опережения впрыскивания топлива в зависимости От частоты вращения дизеля; на фиг.З - то же, в зависимости от подачи топлива; на фиг.4 - то же, в зависимости от давления наддува; на фиг.5 - законы изменения угла опережения в зависимости от давления наддува, обеспечивающие улучшение топливной экономичности, повышение мощности и постоянство максимального давления сгорания; на фиг.6 - изменение параметров дизеля 6 ЧН 15/18 (ДбН) в переходном процессе наброса нагрузки.

Регулятор дизеля с турбонаддувом (фиг,1) содержит центробежный механизм изменения подачи топлива, центробежный механизм изменения угла опережения по частоте вращения (муфту опережения) и меоо

со ю о

hO

ханизм изменения угла опережения по давлению наддува.

Центробежный механизм 1 изменения подачи топлива дизеля включает центробежный чувствительный элемент 2 с грузами 3 и муфтой 4. Муфта шарнирно связана с главным рычагом 5, имеющим ось б качания, всережимную пружину 7 и рычаг 8 управления с упором 9 минимальной частоты вращения и упором 10 максимальной (номинальной) частоты вращения. Главный рычаг через тягу 11 связан с дозирующей рейкой 12, находящейся в зацеплении с дозирующими втулками 13, которые размещены на плунжерах 14, имеющих косые 15 и прямые 16 кромки и отверстия 17. Дозирующая втулка 13 имеет отверстие 18 /для подвода топлива к плунжеру и отверстие 19 для отвода топлива.

Центробежный механизм 20 изменения угла опережения по частоте вращения (муфта опережения) включает валик 21 привода и кулачковый вал 22 топливного насоса 23 высокого давления. На валике 21 выполнены прямые шлицы 24, а на кулачковом валу - косые шлицы 25. Упомянутые валы соединены шлицевой втулкой 26, которая имеет внутренние прямые шлицы 27, находящиеся в зацеплении с прямыми шлицами 24 валика привода, и внутренние косые шлицы 28, находящиеся в зацепл ении с косыми шлицами 25 кулачкового вала. Втулка 26 подпружинена пружиной 29 к центробежным грузам 30, размещенным на валике привода.

Механизм изменения угла опережения по давлению наддува содержит пневматический чувствительный элемент 31 с мембраной 32, размещенной в кожухе и подпружиненной пружиной 33, и с камерой 34, сообщенной с компрессором (на фиг.1 компрессор не показан) дизеля: Мембрана 32 через шток 35 соединена с дополнительной рейкой 36, находящейся в зацеплении с резьбовыми втулками 37, которые через резьбовые соединения 38 связаны с про- ставками 39, установленными на плунжерах 14 и опирающимися торцами на торцы дозирующих втулок 13, Проставка 39 имеет паз 40, в котором расположен штифт 41, препятствующий повороту проставки при повороте втулки 37.

В надплунжерных полостях 42 размещены нагнетательные клапаны 43. Плунжеры 14 опираются на кулачки 44 кулачкового вала 22 и подпружинены пружинами 45, а дозирующие втулки 13 - пружинами 46.

Регулятор дизеля с турбонаддуаом работает следующим образом. Требуемый скоростной режим работы дизеля задается

путем изменения положения рычага 8 управления в диапазоне от минимальной частоты вращения при положении рычага 8 на упоре 9 до максимальной (номинальной) частоты вращения при положении рычага 8 на упоре 10. При положении рычага управления на упоре 10 затяжка всережимной пружины 7 максимальна и при номинальной частоте вращения равна центробежной силе грузов 3, Увеличение частоты вращения выше номинальной приводит к тому, что грузы 3 расходятся на больший радиус, главный рычаг 5 поворачивается относительно оси 6 по часовой стрелке и дозирующая рей«а 12 перемещается вправо на величину (-hp), в сторону уменьшения подачи топлива. При этом формируется предельная регуля- торная характеристика. Аналогично формируются регуляторные характеристики и на

других скоростных режимах работы дизеля (при других затяжках пружины 7).

При перемещении дозирующий рейки 12 вправо на уменьшение подачи топлива происходит поворот втулок 13 относительно

плунжеров 14. В результате при движении плунжера вверх начало подачи топлива, определяемое моментом полного перекрытия отверстия 18 для подвода топлива прямой кромкой 16, остается неизменным, а окончание подачи топлива, определяемое моментом начала открытия отверстия 19 для отвода топлива косой кромкой 15, начинается раньше. Таким образом, рабочий ход плунжера и цикловая подача топлива уменьшаются.

При уменьшении частоты вращения дизеля угол опережения впрыскивания топли- . ва целесообразно уменьшать. В заявляемом регуляторе это обеспечивается следующим

образом, При работе на номинальном скоростном режиме центробежная сила грузов 30 максимальна и грузы 30 вращаются на максимальном радиусе. С уменьшением частоты вращения центробежная сила грузов

30 уменьшается и грузы сходятся на меньший радиус, а шлицевая втулка 26 перемещается влево на величину (-Ьэ). Это приводит к повороту кулачкового вала 22 относительно валика 21 и уменьшению угла

опережения впрыскивания топлива. Таким образом формируется характеристика 6 - f (twg), представленная на фиг.2.

При уменьшении давления наддува угол опережения целесообразно увеличивать. В заявляемом регуляторе это обеспечивается следующим образом. Уменьшение давления наддува приводит к уменьшению давления воздуха в камере 34 пневматического элемента 31. Это приводит к перемещению мембраны 32 и связанных с ней штока 35 и дополнительной рейки 36 влево на величину (+h9) под действием силы деформируемой пружины 33. При перемещении дополнительной рейки 36 влево на увеличение угла опережения впрыскивания происходит поворот резьбовых втулок 37 относительно лроставок 39, перемещение проставок вниз по резьбовым соединениям 38 и смещение вниз дозирующих втулок 13. В результате начало подачи топлива (угол опережения впрыскивания топлива), определяемое моментом полного перекрытия отверстия 18 для подвода топлива прямой кромкой 16 при движении плунжера вверх, и окончание подачи топлива, определяемое моментом начала открытия отверстия 19 для отвода топлива косой кромкой 15, происходит раньше. Однако рабочий ход плунжера, и цикловая подача топлива остаются при этом неизменными. Таким образом формируется характеристика 6 а (рк), представленная на фиг.4.

Заявляемый регулятор обеспечивает регулирование угла опережения в зависимости от частоты вращения и нагрузки, причем для регулирования угла опережения в зависимости от нагрузки используется импульс по давлению наддува. При установке угла опережения, оптимального для номинального скоростного режима, и уменьшении частоты вращения угол опережения целесообразно уменьшать по закону (фиг,2)

0 $,ом-(Д6Ьи...ДбЬй). где В - текущий статический угол опережения;

вном - номинальный статический угол опережения;

Д$ал и Д$У2 - минимальное и максимальное уменьшение статического угла опе- режения при уменьшении частоты вращения дизеля tog;

ЛбЬл 5,7(1 -тд);

Д&й 14,3(1 -tog).

При установке угла опережения, оптимального для режима полной подачи топлива (полной нагрузки), и уменьшении подачи топлива угол опережения целесообразно увеличивать по закону (фиг.З)

0 0ном+(Л0в1...), где Д$в1иД#в2 - минимальное и максимальное увеличение статического угла опережения при уменьшении подачи топлива В;

ДЗи 4(1-8);

Д&2- Ю(1 -В)..

В заявляемом регуляторе для измерения нагрузки используется импульс по дав- лению наддува. При установке угла

0

5

0

5

0

5

0

5

0.

5

опережения, оптимального для номинального режима, и уменьшении давления наддува угол опережения целесообразно увеличивать по закону (фиг.4).

0 0ном +(...Д#рк2),

где Д$рк1 и Д$Рк2 минимальное и максимальное увеличение статического угла опережения при уменьшении давления наддува Рк;.

Д #рк1 10 (1 - p k); Д #Рк2 25 (1 - pk).

Описанные законы изменения угла опережения целесообразны для установившихся режимов работы дизеля. Работа дизеля на неустановившихся режимах с низкими коэффициентами избытка воздуха а сопровождается снижением мощностных и экономических показателей работы дизеля. В частности, наблюдается существенное снижение степени повышения давления при сгорании .топлива и максимального давления сгорания, уменьшение среднего индикаторного давления, снижение индикаторного КПД и мощности дизеля и повышение удельного расхода топлива. В связи с этим, при переходных процессах с низким а для улучшения динамических качеств дизеля целесообразно увеличивать угол опережения по сравнению с номинальным.

Для обеспечения экономичной работы дизеля с допустимыми механическими нагрузками на детали двигателя целесообразно при уменьшении давления наддува увеличивать угол опережения таким образом, чтобы не допустить увеличения максимального давления сгорания рмакс выше номинального. Исследования, проведенные на дизеле ЧН 21/21, показали, что при работе на режиме с номинальной частотой вращения и полной нагрузкой и снижении давления наддува целесообразно увеличивать угол опережения по характеристике 1 (фиг.5), позволяющей увеличить мощность дизеля и обеспечить поддержание максимального давления сгорания на уровне Рмакс 3 МПа. Аналогичный закон измене- ния угла опережения целесообразен и для дизелей ЧН 15/15 (характеристика 2, фиг.5) и ЧН 15/18 (характеристика 3, фиг.5). Эти законы обеспечивают увеличение мощности дизеля и постоянство максимального давления сгорания (соответственно 10 и 9 МПа). . .

Для оценки влияния угла опережения на переходный процесс дизеля исследован

мгновенный наброс номинальной нагрузки при максимальной частоте вращения холостого хода дизеля 6 ЧН 15/18, Во время этого переходного процесса угол опережения изменялся в зависимости от давления наддува рк в соответствии с характеристикой 3 (на фиг,5) (сплошная линия на фиг.6) и в зависимости от положения рейки hp топливного насоса (пунктирная линия на фиг.6). При набросе нагрузки на дизель рейка топливного насоса перемещается в положение максимальной подачи топлива вследствие падения частоты вращения дизеля. При этом продолжительность переходного процесса составляет 1,9 с для системы регулирования, обеспечивающей 0- const, и 1,55 с для заявляемой системы регулирования при допустимой нестабильности частоты вращения 3%, т.е. продолжительность переходного процесса сокращается на 0,35 с. Следует отметить, что при угле опережения, регулируемом в зависимости от давления наддува, несколько снижается темп роста частоты вращения он ротора турбокомпрессора, давление наддува pk и коэффициента а избытка воздуха в течение переходного процесса, по сравнению с дизелем с регулятором, обеспечивающим 0 const. Однако минимальное значение ее в обоих случаях практически одинаково и составляет а 1,28, Кроме того, более ранний впрыск топлива при регулируемом в зависимости от рк угле опережения позволяет обеспечить более полное сгорание топлива и меньшую дымноеть отработавших газов даже при несколько меньшем ее.

Формула изобретения Регулятор дизеля с турбонаддувом, содержащий центробежный чувствительный элемент с главным рычагом и рычагом управления, топливный насос высокого давления с размещенными в его корпусе плунжерами, дозирующими втулками с зубчатыми венцами, дозирующей рейкой и кулачковым валом, пневматический

чувствительный.элемент, выполненный в виде кожуха и мембраны со штоком, причем мембрана установлена в кожухе с образованием двух камер переменного обьема, одна из которых сообщена с компрессором, шток

мембраны кинематически связан с дозирующими втулками топливного насоса, а главный рычаг центробежного чувствительного элемента кинематически связан с дозирующей рейкой топливного насоса,о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью повышения точности регулирования, регулятор снабжен проставками с резьбой на внешней поверхности, установленными коаксиально плунжерам с возможностью осевого перемещения относительно последних и с возможностью взаимодействия с торцевыми поверхностями дозирующих втулок, резьбовыми втулками, установленными коаксиально проставкам с возможностью поворота

относительно последних по резьбовым поверхностям, дополнительной рейкой, кинематически связанной со штоком мембраны и с резьбовыми втулками, причем на боковых поверхностях проставок выполнены

пазы, параллельные оси симметрии плунжера, и в корпусе топливного насоса - штифты, размещенные в пазах.

.

lc 0

ca

Использование: двигателестроение, устройства для регулирования ДВ С. Сущность изобретения: регулятор содержит центробежный механизм изменения подачи топли- ва, муфту опережения и механизм изменения угла опережения по давлению наддува. Центробежный механизм изменения подачи топлива включает центробежный чувствительный элемент с грузами, муфту, главный рычаг, соединенный через всережимную пружину с рычагом управления и через тягу с дозирующей рейкой, находящейся в зацеплении с дозирующими втулками, установленными на плунжерах. Муфта опережения имеет шлицевую втулку, опирающуюся на центробежные грузы и соединяющую валик привода и кулачковый вал. Механизм изменения угла опережения по давлению наддува содержит пневматический чувствительный элемент с мембраной, соединенной с дополнительной рейкой, находящейся в зацеплении с резьбовыми втулка.ми, соединенными через резьбовые соединения с проставками, установленными на плунжерах и опирающимися на дозирующие втулки. При уменьшении давления наддува мембрана с дополнительной рейкой перемещаются влево, резьбовые втулки поворачиваются относительно проставок, которые перемещают дозирующие втулки вниз, что обеспечивает увеличение угла опережения впрыскивания топлива. 6 ил. ел с

v

с

t в

Чч

tT

°0

t

Ci

«л

Cb

«o Cb

3

«af

(Г)

«м

X

Оvo

«NJ

N «V