Двоімпульсний регулятор частоти обертання двигуна внутрішнього згоряння

Двоімпульсний регулятор частоти обертання, переважно дизельних двигунів внутрішнього згоряння з турбонаддувом у впускному тракті, що містить відцентровий вимірювач частоти обертання, двоплечий важіль, одне плече якого з'єднано з виходом відцентрового вимірювача, рейку паливного насоса, зв'язану із середньою точкою двоплечого важеля, чутливий елемент тиску наддуву повітря з корпусом, зв’язаний з основною діафрагмою і з вихідною підпружиненою тягою, зв'язаною з верхнім плечем двоплечого важеля, який відрізняється тим, що він додатково 3 додаткового регулюючого імпульсу за величиною тиску наддуву вводиться перша похідна від змінювання тиску наддуву. Для цього діафрагмовий чутливий елемент тиску наддуву додатково обладнується двома, центральною і периферійною, концентрично розміщеними, діафрагмами, установленими в спільному корпусі співвісно з діафрагмовим чутливим елементом і двоплечим важелем. При цьому основа центральної діафрагми з'єднується з одним торцем зворотної пружини, другий торець якої впирається в нерухомий корпус і через тягу - з верхнім плечем двоплечого важеля, нижнє плече якого зв'язане з вихідною тягою відцентрового регулятора частоти обертання, а середня точка двоплечого важеля - з рейкою ПНВТ, а основа периферійної діафрагми з'єднана, розміщеними через 120°, трьома тягами, з основою діафрагми чутливого елемента тиску наддуву. Порожнина, утворена спільним корпусом чутливого елемента, центральною і периферійними діафрагмами, а також діафрагмою чутливого елемента, сполучена з впускним трактом дизеля пневмолінією безпосередньо, а порожнина, утворена спільним корпусом і діафрагмою чутливого елемента через пневмолінію і додатково установлений регулюючий дросель. Така конструкція чутливого елемента забезпечить вимірювання величини змінювання тиску наддуву і величини швидкості (першої похідної) змінювання тиску наддуву, а також формування і подачу на рейку ПНВТ двох додаткових регулюючих імпульсів: першого, пропорційного змінюванню величини тиску наддуву і другого, випереджаючого, пропорційного швидкості його змінювання. Введення додаткового регулюючого імпульсу за швидкості змінювання тиску наддуву на рейку ПНВТ суттєво підвищить швидкодію двоімпульсного регулятора, а отже, усуне вищевказані недоліки, при цьому підвищиться точність регулювання, покращаться вихідні техніко-економічні показники ДВЗ і зменшиться токсичність відпрацьованих газів. На представленому креслені схематично показано загальний вигляд двоімпульсного регулятора частоти обертання двигуна внутрішнього згоряння. Запропонований двоімпульсний регулятор частоти обертання містить відцентровий регулятор 1 установлений на валу 2, зв'язаному через шестерні газорозподільного механізму з колінчастим валом ДВЗ. На валу 2 жорстко закріплена хрестовина З, з шарнірно з'єднаними тягарцями 4, і установлена рухома муфта 5, що знаходиться у постійній взаємодії через упорний підшипник 6 з тягарцями 4 і проміжним важелем 7, який нижнім кінцем шарнірно з'єднаний з корпусом 8 відцентрового регулятора 1, а верхнім - з тягою 9. Необхідний швидкісний режим установлюється за допомогою важеля 10, зв'язаного тягою 11 з механізмом настройки з важелем 12 з фіксатором, сектором 13 і нерухомим упором 14, змінюванням затяжки 31183 4 відновлювальної пружини 75, з'єднаної з верхнім кінцем основного важеля 16, зв'язаного нижнім кінцем з корпусом 8. З важелем 10 і корпусом 17 коректора імпульсу за частотою обертання відцентрового регулятора / зв'язана пружина 18, працююча в режимі пуску ДВЗ. В корпусі 17 коректора установлений регулювальний гвинт 19, пружина 20 і рухомий упор 21, яким проміжний важіль 7 взаємодіє при роботі ДВЗ на коректорній гілці з основним важелем 16, переміщення якого обмежують нерухомі упори 22,23, установлені в корпусі 8. Взаємодія важелів 7,16 при роботі ДВЗ на регуляторній гілці швидкісної характеристики здійснюється через упор 24, жорстко зв'язаний з основним важелем 16. Вихідна із регулятора 1 тяга 9зєднується з нижнім плечем двоплечого важеля 25, який середньою точкою зв'язаний з рейкою 26 ПНВТ 27. Верхнім плечем важіль 25 тягою 28 з'єднується з виходом пневматичного чутливого елемента 29. Пневматичний чутливий елемент 29 містить голчатого типу регулюючий дросель 30, нерухомий корпус 31, основну діафрагму 32, притиснену периферійним участком за допомогою кришки 33 до корпуса 31, розміщені концентрично і співвісно з діафрагмою 32, периферійну діафрагму 34, притиснену периферійним участком кришки 35 до корпуса 31, а основою трьома, розміщеними через 120°, тягами 36, зв'язану з основою основної діафрагми 32, і центральну діафрагму 37, притиснену периферійним участком кришки 38 до корпуса 31, а основою з'єднана з одним кінцем вихідної тяги 28, другий кінець якої зв'язаний з верхнім плечем важеля 25. Для повернення центральної діафрагми 37 у вихідне положення на тязі 28 установлена зворотна пружина 39, один торець якої впирається в основу центральної діафрагми 37, а другий торець - в нерухомий корпус 31. Порожнина „А", утворена спільним корпусом, центральною 37 і периферійною 34 діафрагмами, а також основною діафрагмою 32, сполучена з впускним трактом 40 ДВЗ пневмолінією 41 безпосередньо, а порожнина „В", утворена спільним корпусом 31 і основною діафрагмою 32, сполучена з впускним трактом 40 пневмолінією 42 і регулюючий дросель 30. Працює двоімпульсний регулятор наступним чином. В усталеному режимі в результаті рівності крутячого моменту ДВЗ і моменту опору споживача енергії установлюється певний швидкісний і навантажувальний режим його роботи. При цьому механізм вимірювання частоти обертання відцентрового регулятора / під дією тягарців 4 займає певне положення і через упорний підшипник 6, муфту 5, проміжний важіль 7, сумісно переміщуваний зрівноважений пружиною 75, основний важіль 16, тягу 9 і нижній кінець важеля 25 утримує рейку 26 ПНВТ 27 в положенні, що відповідає цикловій подачі палива для заданого усталеного швидкісного режиму. В усталеному навантажувальному і відповідно йому швидкісному режимі ДВЗ його турбокомпресор також працює в усталеному 5 режимі. При цьому в порожнині впускного тракта 40 установлюється, відповідно навантажувальному і швидкісному режимам, певний тиск наддуву повітря, який через пневмолінію 42 і регулюючий дросель 30 передається в порожнину „В", а через пневмолінії 41,42 - в порожнину „А", забезпечуючий в них однаковий з впускним трактом тиск повітря. В результаті дії усталеного тиску в порожнинах „А", „В" і зрівноважування від дії пружини 39, рухомих деталей пневматичного чутливого елемента 29, його центральна діафрагма 37 своєю основою через вихідну тягу 39, верхнє плече і середню точку двоплечого важеля 25, утримує рейку 26 ПНВТ 27 в положенні, що відповідає цикловій подачі усталеного навантажувального і швидкісного режиму, а отже, усталеного режиму надуву повітря в циліндри ДВЗ. При різкому скиданні навантаження крутячий момент на колінчастому валу зникає. При цьому з одного боку, від попередньої циклової подачі палива в циліндри ДВЗ, на початку скидання навантаження, частота обертання колінчастого вала збільшиться, а отже, різко збільшиться і частота обертання вала 2. В результаті дії відцентрової сили тягарці 4 регулятора 1 розійдуться і, здолавши зусилля відновлювальної пружини 15, через упорний підшипник 6 перемістять муфту 5 управо, а через неї, проміжний важіль 7, тягу 9 і нижнє плече важеля 25, рейку 26 ПНВТ 27 в бік (управо) зменшення циклової подачі палива, зменшуючи цим частоту обертання колінчастого вала ДВЗ. З другого боку, різке збільшення частоти обертання колінчастого вала на початку перехідного процесу, а також внаслідок інерційності турбокомпресора різко понизиться тиск наддуву у впускному тракті 40, який буде передаватися через пневмолінії 41,42 в порожнину „А", а через пневмолінію 42 і дросель 30 в порожнину „В" пневматичного чутливого елемента 29. Але оскільки порожнина „В" сполучена з порожниною впускного тракту 40 через дросель, тиск у ньому буде падати повільніше в порівнянні з тиском у порожнині „А", яка сполучена з порожниною впускного тракту 40 безпосередньо. Від цього переміщення основної діафрагми 32 значно сповільниться і одночасно сповільниться рух її основи, зв'язаної тягами 36 з основою периферійної діафрагми 34, створюючи ще додаткове падіння тиску у порожнині „А". Центральна діафрагма 37, під дією на неї з правого боку цих двох падінь тиску і з лівого боку атмосферного тиску і зусилля пружини 39, буде переміщатися управо і тим самим пропорційно, вказаним тиском, перемістить її вихідну тягу 28. В результаті буде додаватися два переміщення, тобто вихід тяги 28 пневматичного чутливого елемента 29 буде складатися із переміщення, викликаного змінюванням вхідного тиску у впускному тракті 40 і переміщення, викликаного швидкістю (першої похідної) змінювання тиску у впускному тракті 40. Далі вихідна тяга 28 через верхнє плече важеля 25 різко перемістить управо рейку 26 ПНВТ 27 в положення, що відповідатиме 31183 6 цикловій подачі на новому навантажувальному і швидкісному режимові роботи ДВЗ. По мірі вирівнювання тиску повітря в порожнинах „А", „В" і впускному тракті 40 ДВЗ, основна діафрагма 32, і зв'язана з нею тягами 36 периферійна діафрагма 34, переміститься управо, забезпечуючи зникнення додаткового зменшення тиску в порожнині „А", а отже, і додаткове, пропорційне швидкості (першій похідній) змінювання тиску в тракті 40, а також переміщення центральної діафрагми 37, остаточно установлюючи через тягу 28 і верхнє плече важеля 25 рейку 26 ПНВТ 27 в положення даного навантажувального і відповідно йому швидкісного режиму. Таким чином, в перехідному процесі при різкому скиданні навантаження переміщення рейки 26 ПНВТ 27 складається із трьох переміщень, тобто діючий на неї регулюючий імпульс буде складатися із переміщення, викликаного змінюванням частоти обертання колінчастого вала ДВЗ, переміщення, викликаного змінюванням тиску наддуву у впускному тракті 40 і переміщення, викликаного швидкістю змінювання у ньому тиску наддуву. І чим різкіше скидання навантаження, тим більшою за величиною буде складова переміщення, викликаного швидкістю змінювання тиску наддуву, через більший від цього перепад тиску в порожнинах „А", „В", тобто збільшиться швидкодія на рейку 26 ПНВТ 27 регулюючого імпульсу, пропорційного швидкості змінювання тиску наддуву повітря в циліндри ДВЗ. Після установлення навантаження і, в результаті вирівнювання тиску наддуву повітря у порожнинах „А", „В" і у впускному тракті 40, це переміщення зникає. Завдяки компенсації змінюваного навантаження одночасно трьома регулюючими імпульсами: першим, пропорційним змінюванню частоти обертання, другим, пропорційним змінюванню тиску наддуву і третім випереджаючим, пропорційним швидкості змінювання тиску наддуву повітря в циліндри ДВЗ, відхилення частоти обертання його колінчастого вала при різкому скиданні навантаження буде незначним. Цим буде забезпечуватись висока точність регулювання частоти обертання і вихідні техніко-економічні показники ДВЗ, обладнаних запропонованим двоімпульсний регулятором. У випадку повільного змінювання навантаження на ДВЗ момент опору на його колінчастому валу також буде змінюватись повільно. При цьому, з одного боку в початковий момент, повільно змінюваного навантаження, в циліндри ДВЗ ще від попередньої циклової подачі палива частота обертання його колінчастого вала і, зв'язаного з ним через шестерні газорозподільного механізму, вала 2 буде плавно змінюватися. В результаті тягарці 4, від дії дисбалансу сил відцентрового регулятора 1 і відновлюваної пружини 15, через упорний підшипник 6, муфту 5, проміжний важіль 7, тягу 9 і нижнє плече важеля 25 плавно перемістять рейку 26 ГШВТ 27 в бік змінювання циклової подачі палива, необхідної для компенсації плавно 7 змінюваного навантаження, а отже, і відхилення частоти обертання колінчастого вала ДВЗ. І з другого боку, повільне змінювання частоти обертання колінчастого вала ДВЗ в початковий момент перехідного процесу не викличе значної інерційності турбокомпресора, тому у впускному тракті 40 тиск наддуву повітря буде також плавно змінюватися. Повільне змінювання тиску від впускного тракту 40 буде плавно передаватися через пневмолінії 41,42 в порожнину „А", а через пневмолінію 42 і дросель 30 в порожнину „В" пневматичного чутливого елемента 29, не викликаючи в них перепаду тисків. Тоді швидкості переміщення основної 32, периферійної 34 і центральної 37 діафрагм практично будуть однаковими і, в результаті їх паралельного переміщення тяга 28, через верхнє плече важеля 25, плавно перемістить рейку 26 ПНВТ 27 в бік змінювання циклової подачі, направленої на компенсацію плавно змінюваного навантаження і відповідно йому частоти обертання. В даному випадку переміщення рейки 26 буде пропорційне регулюючим імпульсам за відхиленням частоти обертання і тиску наддуву повітря. В усталеному режимі роботи ДВЗ рейка 26 буде знаходитись в положенні циклової подачі палива, яка відповідає новим навантажувальному і швидкісному режимам. Використання запропонованого двоімпульсного регулятора, у порівнянні з відомим, дасть можливість підвищити точність підтримання заданого швидкісного режиму ДВЗ в умовах перемінних навантажень їх роботи, що, через зменшення відхилень частоти обертання в перехідних процесах, зменшить перевитрату палива, підвищить якість вироблюваної ними енергії для споживачів, і отже, якість виконання технологічних приводимих машин і агрегатів, покращити умови роботи для самого ДВЗ, а отже зменшити кількість токсичних речовин, що викидаються з його відпрацьованими газами в навколишнє середовище за рахунок підвищеної швидкості регулюючого органу паливоподачі і у зв'язку з цим порівняно кращим протіканням робочого процесу ДВЗ в перехідному режимі його роботи. В запропонованому двоімпульсному регуляторі також забезпечується можливість безпечної роботи ДВЗ при відказі регулюючого імпульсу за тиском наддуву повітря. В цьому випадку регулятор буде працювати як одноімпульсний, тобто за принципом регулювання за відхиленням тільки частоти обертання. За рахунок поєднання в одну конструкцію як вимірювача змінювання тиску, так і вимірювача швидкості змінювання тиску наддуву повітря зменшується матеріалоємність і трудозатрати на виготовлення пневматичного чутливого елемента тиску наддуву повітря. Вказані переваги дозволять розширити область застосування запропонованого двоімпульсного регулятора на ДВЗ з підвищеними вимогами до підтримання заданого швидкісного режиму при роботі їх в умовах різко перемінних зовнішніх навантажень, що в загальному дасть 31183 народному ефект. 8 господарству певний економічний