Пристрій для захисту двигуна внутрішнього згоряння

Пристрій відноситься до машинобудування, і зокрема, до двигунобудування, і може бути використано для захисту двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ) від аварій, неекономічних та неекологічних режимів у випадку відказу їх систем автоматичного регулювання частоти (САРЧ) обертання колінчастого вала, системи повітропостачання (СП) (при засміченні повітроочисника) і системи мащення (CM). В теперішній час відомий пристрій для захисту ДВЗ при відказі САРЧ обертання колінчастого вала, засміченні повітроочисника або падінні тиску в CM, що містить датчик розрідження у впускному трубопроводі, виконаний у вигляді підпружиненої діафрагми, виконавчий механізм, виконаний у вигляді клапана, зв'язаного через шток з діафрагмою, роликовий фіксатор, оснащений зворотною пружиною і взаємодіючий зі штоком, мастильну магістраль, причому впускний трубопровід обладнаний перегородками, утворюючими з діафрагмою і клапаном герметичну порожнину, а також датчик тиску у мастильній магістралі, виконаний у вигляді двох сильфонів з розміщеними між ними рухомим фланцем, зв'язаним із зворотною пружиною роликового фіксатора, і механізм дистанційного керування, виконаний у вигляді рукоятки керування з тросом, під'єднаним до штока [див. авторське свідоцтво СРСР №1244362, 1986р.]. Однак, недоліком відомого пристрою є його низька швидкодія спрацювання при відказі CM, обумовлена інерційністю як датчика тиску, так і виконавчого механізму. Це викликає небезпеку виникнення аварій, зв'язаних з роботою ДВЗ на протязі певного часу без достатнього мащення, особливо на понижених швидкісних режимах роботи і перенавантаженнях, коли дисбаланс сил, взаємодіючих на підпружиненій діафрагмі, від атмосферного тиску і розрідження у впускному тракті, порівняно малий і подача масляного насоса при цьому недостатня, а із-за перенавантаження, реакції в корінних і шатунних підшипниках (опорах) великі, що обумовлює їх роботу в умовах напівсухого і сухого тертя. Вказані недоліки знижують ефективність відомого пристрою по захисту ДВЗ при відказі CM, що може стати причиною форсованого зносу або привести його до аварії. Таким чином відомий пристрій для захисту ДВЗ має низьку ефективність. Тому в основу корисної моделі поставлено задачу підвищити ефективність пристрою з можливим захистом ДВЗ від аварій, неекономічних і неекологічних режимів роботи, спричинених відказом САРЧ обертання колінчастого вала, СП і СМ. Для вирішення даної задачі у запропонованому пристрої для захисту ДВЗ, який включає датчик розрідження у впускному трубопроводі, виконаний у вигляді підпружиненої діафрагми, виконавчий механізм, виконаний у вигляді клапана, зв'язаного через шток з діафрагмою, роликовий фіксатор, оснащений зворотною пружиною і взаємодіючий зі штоком, мастильну магістраль, впускний трубопровод обладнаний перегородками, утворюючими з діафрагмою і клапаном герметичну порожнину, механізм дистанційного керування, виконаний у вигляді рукоятки з тросом, під'єднаним до штока, відповідно до корисної моделі, суттєвими ознаками є те, що у ньому є датчик тиску у C M виконаний у вигляді диференціюючого механізму. Датчик складається з регульованого дроселя голчастого типу і дво х сильфонів, зв'язаних між собою рухомим фланцем, який тягою з'єднаний з нижнім кінцем підсумовуючого важеля, другий рухомий фланець зв'язаний з його середньою точкою, а другий кінець підсумовуючого важеля через шток - із зворотною пружиною роликового фіксатора виконавчого механізму. Рухомі деталі диференціюючого механізму переміщуються в циліндричній напрямній втулці, нерухомо зв'язаної з корпусом пристрою. Масло із мастильної магістралі ДВЗ поступає у перший сильфон безпосередньо, а у другий сильфон - через дросель. У випадку відказу СМ ДВЗ і при різкому падінні тиску масла у ній із-за наявного дроселя тиск у другому сильфоні зникає повільніше ніж у першому. В результаті р ухомий фланець, що зв'язує перший і др угий сильфони, буде переміщуватись управо разом із нижньою частиною підсумовуючого важеля і додатково перемістить уліво його верхню частину, зв'язану з фіксатором. Рухомий фланець, з'єднаний із підсумовуючим важелем у його середній частині, рухається уліво і також додатково перемістить його вихідну частину. Таким чином, додаються два переміщення, тобто сигнал, що поступає від C M на фіксатор захисного пристрою складається із переміщення, викликаного змінюванням тиску і переміщення, викликаного швидкістю змінювання тиску у C M ДВЗ. Таке технічне рішення підвищить швидкодію запропонованого пристрою і тим самим його ефективність і надійність захисту сучасних високовартісних ДВЗ від можливих аварій, обумовлених відказом їх C M. На представленому кресленні схематично показано запропонований пристрій для захисту ДВЗ. Виконавчий механізм 1 запропонованого пристрою у вигляді діафрагми 2, яка жорстко зв'язана зі штоком 3 і знаходиться під постійним діянням пружини 4, верхній кінець якої упирається в регулювальний гвинт 5, установлений в кришці 6. Верхня частина штока 3 з'єднана з одним кінцем гнучкого троса 7, що проходить у напрямній 8, другий кінець якої зв'язаний з рукояткою 9 механізму ручного керування виконавчим механізмом 1, і фіксатором 10, а нижня частина виконана у вигляді клапана 11. В середній частині штока 3 розміщений упор 12, обернений нахилом до ролика 13 фіксатора 14. Фіксатор 14 має фланець 15, жорстко з'єднаний з сильфоном 16 і упирається в один кінець зворотної пружини 17, другий кінець якої упирається в сідло 18 з регулювальною гайкою 19, установленою на штокові 20. Шток 20 зв'язаний з датчиком тиску, виконаним у вигляді диференціюючого механізму 21. Диференціюючий механізм 21 складається із регулюючого дроселя 22 голчастого типу і двох сильфонів першого 23 і другого 24, зв'язаних між собою рухомим фланцем 25. Фланець 25 тягою 26 з'єднаний з нижнім кінцем підсумовуючого важеля 27, другий рухомий фланець 28 зв'язаний із середньою його точкою, а верхній кінець підсумовуючого важеля через шток 20 - із зворотною пружиною 17 роликового фіксатора 14. Рухомі деталі фіксатора і диференціюючого механізму переміщуються в циліндричних напрямних втулках відповідно 29, 30, нерухомо зв'язаними з корпусом 31 пристрою. Для утримання підсумовуючого важеля 27 у заданому положенні і зменшення впливу механічного гістерезисну матеріалу стінок сильфонів застосована пружина 32. Масло із мастильної магістралі 33 двигуна 34 поступає у перший сильфон по жорсткій 35 і гнучкій 36 гідролінії безпосередньо, а у др угий сильфон 24 -через дросель 22. Напрямними штока 3 служать перегородки 37, 38 з отворами, через які герметична порожнина 39 сполучається з впускним трубопроводом 40 і повітроочисником 41. Перекриття поступання повітря забезпечується посадкою клапана 11 в сідло 42. Запропонований пристрій працює наступним чином. При непрацюючому ДВЗ або при роботі на швидкісному режимі, що становить 50-60% від гранично допустимого значення частоти обертання колінчастого вала, але при допустимих ступенях забруднення повітроочисника 41 і нормальному тиску в CM, розрідження у впускному тр убопроводі 40 незначне і клапан 11 знаходиться поза впускним трактом, забезпечуючи вільне поступання повітря від повітроочисника 41 в циліндри ДВЗ. При цьому ролик 13 під дією зворотної пружини 17 і зусилля на штокові 20, обумовленого тиском масла в сильфонах 23, 24 упирається в нижню частину упору 12. По мірі підвищення частоти обертання колінчастого вала від 50-60% від номінальної до гранично допустимих значень і нормальному тиску в системі мащення ДВЗ розрідження у впускному трубопроводі 40 збільшується і через зазор між клапаном 11 і корпусом 31, отвори в перегородках 37, 38 передається в порожнину 39. В результаті дисбалансу сил атмосферного тиску і розрідження в порожнині 40, діючих на діафрагму 2, остання, здолавши зусилля ролика 13, переміщує шток 3, а разом з ним клапан 11 униз. Таким чином, у зазначеному діапазоні зміни частоти обертання колінчастого вала, а також допустимих ступенях засмічення повітроочисника 41 і нормальному тиску масла в СМ ДВЗ, ролик 13 переміщується по всій нахиленій поверхні упора 13, однак не в змозі перейти на його протилежну сторону. При цьому клапан 11 не перешкоджає поступанню повітря в циліндри ДВЗ. Як тільки розрідження у герметичній порожнині 39 перевершить своє наддопустиме значення в результаті надмірного засмічення повітроочисника 41 або перевершення гранично допустимої частоти обертання колінчастого вала ДВЗ, обумовленого відказом САРЧ обертання колінчастого вала, збільшується дисбаланс сил, діючих на діафрагму 2. Остання, здолавши остаточне зусилля ролика 13, перемістить шток 3 униз на таку величину, що ролик 13 переміститься на протилежну сторону упора 12. В результаті під дією розрідження у герметичній порожнині 39 і пружини 4 діафрагма 2 опуститься униз до положення, при якому клапан 11 сяде у сідло 42, остаточно перекриваючи поступання повітря в циліндри ДВЗ. При роботі ДВЗ на швидкісному режимі, що складає 50-60% від гранично допустимого значення частоти обертання колінчастого вала і при допустимих ступенях забруднення повітроочисника 41, але у випадку різкого пониження тиску масла в його CM нижче гранично допустимого значення, то із-за наявності дроселя 22 тиск у другому сильфоні 24 буде зникати повільніше ніж у першому сильфоні 23. В результаті рухомий фланець 25 буде переміщуватися управо і переміщувати з собою нижню частину підсумовуючого важеля 27 і додатково переміщувати уліво його верхню частину, зв'язану штоком 20 з фіксатором 14. Крім того, рухомий фланець 28, з'єднаний із підсумовуючим важелем 27 в його середній частині рухається уліво і теж додатково переміщує його верхню частину. Таким чином, додається два переміщення, тобто сигнал, що поступає від СМ на фіксатор 14 складається з переміщення, викликаного змінюванням тиску і переміщення, викликаною швидкістю його змінювання. В результаті більш інтенсивного переміщення уліво штока 20, більш інтенсивно зменшується сила дії на нього з боку диференціюючого механізму 21, а отже, і сідло 18, більш інтенсивно зменшуючи цим результуюче зусилля, з яким фіксатор 14 через ролик 13 діє на упор 12. Однак цього зусилля, що виникло швидше в часі, ніж у пристрої без диференціюючого механізму, стає вже недостатньо для утримання штока 3 на упорі 12. Тому від уже діючого дисбалансу сил, діафрагма 2, долаючи різко зменшене зусилля ролика 13, вже швидше переміщує шток 3 униз на таку величину, що ролик 13 переміщується на протилежну сторону упора 12. Далі під дією розрідження і пружини 4 діафрагма 2 опускається униз до положення, при якому клапан 11 сідає у сідло 42, остаточне перекриваючи поступання повітря в циліндри ДВЗ. Таким чином, швидкодія запропонованого пристрою, в порівнянні з пристроєм без диференціюючого механізму, збільшиться, оскільки ролик 13 фіксатора 14 від упора 12, а отже, зменшує зусилля на нього, пропорційно не тільки змінюванню тиску, але й швидкості змінювання тиску в C M. У випадку падіння тиску масла в СМ при роботі ДВЗ на швидкісному режимі від 50-60% і вище до гранично допустимих значень, або з дещо засміченим повітроочисником 41 пристрій буде працювати аналогічно, але тільки діафрагма 2 зможе здолати остаточне зусилля ролика 13 при дещо більшому тиску масла в C M. У всіх розглянутих випадках захисту ДВЗ при відказі САРЧ обертання колінчастого вала, надмірному засміченні повітроочисника або падінні тиску масла в СМ, остаточне перекривання поступання повітря в його циліндри здійснюється спільним виконавчим механізмом 1, який сигнали для спрацювання одержує від вимірювачів розрідження у впускному трубопроводі 40 і тиску масла в СМ. При цьому сигнали від вимірювача розрідження у впускному тр убопроводі формуються пропорційно відхиленню частоти обертання колінчастого вала і ступеня засмічення повітроочисника ДВЗ, а сигнали від вимірювача тиску - пропорційно як змінюванню тиску, так і швидкості змінювання тиску в CM. Повернення у ви хідне положення діафрагми 2, а разом з нею і клапана 11, а також утримання їх вер хньому положенні при пуску ДВЗ, коли розрідження у впускному трубопроводі велике, а тиск масла в CM ще низький і можливе при цьому небажане спрацювання пристрою, або в інших необхідних випадках, здійснюється вручну за допомогою дистанційного керування виконавчим механізмом 1. Так, при повороті рукоятки 9 уліво пружина 4 стискається, а ролик 13 установлюється і фіксується у нижньому положенні упора на шток 3. Після пуску ДВЗ виконавчий механізм 1 поворотом рукоятки 9 управо звільняється. У запропонованому пристрої при відповідній настройці дроселя 22 можна безступенево змінювати швидкодію його спрацювання, тобто, в залежності від необхідності, швидше або повільніше відводити ролик 13 від упора 12. Також легко можна здійснювати швидкий і повільний ввід ролика 13 при фіксації його у нижньому положенні упора 12 на штокові 3, у випадку різкого зростання тиску в СМ ДВЗ. Застосування запропонованого пристрою для захисту ДВЗ, в порівнянні з відомим, дасть можливість підвищити швидкодію його спрацювання по каналу захисту ДВЗ від падіння тиску в CM, а отже, його ефективність при їх захисті, а також підвищити надійність експлуатації і довговічність високовартісних ДВЗ, виключаючи аварії і роботу на неекономічних та неекологічних режимах.