Пристрій для захисту двигуна внутрішнього згорання

Пристрій для захисту двигуна внутрішнього згорання, що містить датчик розрідження у впускному трубопроводі, виконаний у вигляді підпружиненої діафрагми, яка утворює з впускним трубопроводом герметичну порожнину, виконавчий механізм, виконаний у вигляді клапана, зв'язаного за допомогою штока з діафрагмою, роликовий фіксатор, виконаний у вигляді двох сильфонів з розміщеними між ними рухомим фланцем і зрівноважувальною пружиною, взаємодіючий із штоком механізм дистанційного ручного керування, виконаний у вигляді рукоятки з тросом, приєднаний до троса важіль приводу гальма машини і гідролінію, що з'єднана одним кінцем з одним сильфоном роликового фіксатора, який відрізняється тим, що для розширення функціональних можливостей він додатково оснащений датчиком сповільненого руху при різних гальмуваннях машини, що виконаний у вигляді маятника, верхня частина якого шарнірно установлена на корпусі машини, нижня частина зв'язана з додатково установленим фіксатором, виконаним у вигляді виконавчого гідроциліндра зі штоком, з можливістю взаємодії з U 2 12150 1 3 чик розрідження, робоча порожнина якого утворена корпусом і підпружиненої діафрагмою і сполучена з впускним трубопроводом, виконавчий механізм у вигляді клапана, зв'язаного за допомогою штока з підпружиненою діафрагмою, взаємодіючий із штоком роликовий фіксатор у вигляді послідовно з'єднаних між собою двох сильфонів, один із яких з'єднаний з гідролінією, розміщенні між сильфонами рухомий фланець і зворотну пружину, і механізм дистанційного ручного керування, виконаний у вигляді ручки з фіксатором, яка з'єднана за допомогою троса з штоком виконавчого механізму, а також забезпечений додатковим сильфоном з рухомим фланцем, до якого прикріплений штовхач і датчик нахилу, виконаний у вигляді конічного полого корпуса з розташованим в середині нього маятниковим тягарем, штанга якого зв'язана з вершиною корпуса за допомогою кульового шарніра і виступає за межі корпуса, причому кінець частини штанги, що виступає, забезпечений кульовою опорною поверхнею, яка контактує з кінцем штовхача додаткового сильфона, порожнина якого з'єднана з гідролінією сильфона роликового фіксатора [див. Авторське посвідчення СРСР №1396673, М. кл. F02В 77/08, 1986 p.]. Однак недоліком відомого пристрою є обмежені його функціональні можливості, оскільки він не захищає, при різкому (екстреному) гальмуванні мобільної машини або наїзді її на перешкоди, як двигуна, так і мобільної машини, що ним приводиться. В усіх випадках експлуатації мобільної техніки, у яких первинними двигунами є двигуни внутрішнього згорання, мають місце передаварійні ситуації і екстрене гальмування при цьому мобільних машин, а також наїзд її на попереду розміщенні перешкоди. Наїзд мобільної машини на перешкоду викликає значний матеріальний збиток, обумовлений поломками самої машини, обладнання що перевозиться, матеріалів або інших вантажів, а також приводить до можливих тяжких нещасних випадків водіїв і пасажирів, які знаходяться в машині. Крім цього, різкі гальмування машини або наїзди її на перешкоди, при працюючому двигуні, також можуть бути причиною аварійних ситуацій, при яких поломки самого двигуна, машини і травмування людей в результаті дії ще рухомих деталей, та інших зв'язаних з цим небажаних наслідків. Тому одним із шляхів можливого запобігання аварійних ситуацій при різкому гальмуванні або наїзді на перешкоди може бути попереджувальна автоматична зупинка двигуна по мірі досягнення гранично допустимої інерції гальмування або сили опору, яка перешкоджає дальший поступальний рух мобільної машини. Задача корисної моделі - розширення функціональних можливостей пристрою методом захисту двигуна внутрішнього згоряння при різкому гальмуванні або наїзді мобільної машини на перешкоду. Вказана задача вирішується тим, що пристрій замість вимірювача нахилу машини постачається датчиком сповільненого руху при різких гальмуваннях і ударах у випадку наїзду машини на перешкоду. При цьому датчик сповільненого руху виконується у вигляді маятника, зв'язаного своєю 12150 4 середньою рухомою частиною з однією із сторін вузла для приймання вхідних сигналів у вигляді рухомого фланця першого приймального сильфону, а датчик ударів при наїзді машини на перешкоду - у вигляді підпружиненого штока, зв'язаного з рухомим фланцем другого приймального сильфона. При цьому порожнини першого і другого приймальних сильфонів сполучені між собою перепускним отвором, що виконаний в нерухомому фланці і до якого щільно приєднані протилежні торці першого і другого сильфонів приймання сигналів, а за допомогою гідролінії - з порожниною одного виконавчого сильфона, рухомий фланець якого зв'язаний із зрівноважуючою пружиною, а нерухомий фланець - з напрямною втулкою. Таке технічне рішення дає можливість використовувати один виконавчий механізм для автоматичної зупинки двигуна шляхом перекривання доступу повітря в його циліндри, а у випадку аварійної ситуації, обумовленої відказуваннями системи автоматичного регулювання частоти обертання колінчастого вала, надмірним засміченням повітроочисника, а також при різкому гальмуванні і наїзді мобільної машини на перешкоду. Наявність дистанційного ручного керування виконавчим механізмом забезпечить можливість утримувати клапан виконавчого механізму у верхньому положенні у випадку пуску двигуна, коли розрідження у впускному трубопроводі велике або у інших, необхідних для цього випадках. Після пуску двигуна клапан виконавчого механізму ручним керуванням за допомогою троса звільнюється. Крім цього, після спрацювання пристрою, у вихідне положення діафрагма, на яку діє пружина, а разом з нею і клапан, з допомогою дистанційного ручного керування, також повертаються у вихідне положення. На представленому креслені показана принципова схема пристрою для захисту двигуна внутрішнього згоряння. Виконавчий механізм 1 запропонованого пристрою виконаний у вигляді діафрагми 2, жорстко зв'язаної з штоком 3, і знаходиться під постійним діянням пружини 4, верхній кінець якої впирається в регулювальний гвинт 5, що встановлений в кришці 6. Верхня частина штока 3 з'єднана з одним кінцем гнучкого троса 7, що проходить в напрямній 8, другий кінець якого зв'язаний з ручкою 9 механізму ручного керування виконавчого механізму 1 і фіксатором 10, а нижня - 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, що жорстко з'єднаний з сильфоном 16 і впирається в один кінець зрівноважувальної пружини 17, другий кінець якої впирається в сідло 18 з регулювальною гайкою 19, що установлені на фланці 20. Фланець 20 жорстко з'єднаний одним кінцем з виконавчим сильфоном 21, другий кінець якого зв'язаний з фланцем 22, що нерухомо закріплений на циліндричній втулці 23. Втулка 23 з'єднана з корпусом 24 і є напрямною рухомих фланців сильфонів 16 і 21. Порожнина “А" виконавчого сильфона 21 гідролінією 25 сполучається з порожнинами “В" і “С" приймальних сильфонів 26 і 27 вузла вхідних сигналів. 5 Вузол вхідних сигналів, що поступають від датчика сповільненого руху при гальмуванні і датчика ударів при наїзді машини на перешкоди, включає перший приймальний сильфон 26 з рухомим фланцем 28 щільно приєднаним до одного торця сильфона 26, протилежний торець якого зв'язаний з нерухомим фланцем 29. До фланця 29 також приєднаний одним торцем другий приймальний сильфон 27, протилежний торець якого з'єднаний з рухомим фланцем 30. Нерухомий фланець 29 зв'язаний з циліндричною втулкою 31, що використовується у вигляді напрямної для рухомих фланців 28 і 30. Рухомий фланець 28 шарнірно з'єднаний з вільним кінцем маятника 32, який є датчиком сповільненого руху при різкому гальмуванні машини, а рухомий фланець 30 шарнірно зв'язаний з датчиком ударів при наїзді машини на перешкоди, який виконаний у вигляді штока 33 із зрівноважувальною пружиною 34, один кінець якої впирається безпосередньо в шток 33, а другий кінець - в корпус 35 машини. Корпус 35 за допомогою вісі 36 з'єднаний з колесами 37 машини. Верхньою частиною маятник 32 шарнірно установлений на корпусі 35 машини, а нижньою зв'язаний з фіксатором 38 його вертикального положення, який виконаний у вигляді виконавчого гідроциліндра 39 з корпусом 40, поршнем 41, штоком 42, що знаходиться у постійній взаємодії з маятником 32 завдяки пружині 43, розміщеній в безштоковій порожнині гідроциліндра 39. Штокова порожнина гідроциліндра 39 гідролінією 44 безпосередньо сполучається з напірною порожниною приймального гідроциліндра 45. Гідроциліндр 45 включає корпус 46 з поршнем 47, штоком 48, зрівноважувальною пружиною 49 і регулюючим дроселем 50, що сполучає розділені між собою поршнем 47, його порожнини. При цьому шток 48 приймального гідроциліндра 45 шарнірно з'єднаний з важелем 51 педалі 52 привода гальма мобільної машини. Напрямними штока 3 є перегородки 53, 54, що мають отвори за допомогою яких герметична порожнина "D" сполучається з впускним трубопроводом 55. Повітря в двигун із атмосфери засмоктується крізь впускний трубопровід 55 і повітроочисник 56. Перекриття доступу повітря забезпечується клапаном 11, що сідає в сідло 57. Пристрій працює слідуючим чином. При непрацюючому двигуні або при його роботі на швидкісному режимі, що становить 50...60% від допустимого значення частоти обертання колінчастого вала, відсутньому екстреному гальмуванні і наїзді мобільної машини на перешкоду, розрідження у впускному трубопроводі 55 незначне і клапан 11 знаходиться за впускним трактом, забезпечуючи вільний доступ повітря від повітроочисника 56 в циліндри двигуна. В міру зростання частоти обертання від 50...60% і вище до гранично допустимих значень при відсутньому гальмуванні і наїзді машини на перешкоду розрідження у впускному трубопроводі 55 збільшиться і крізь зазор між клапаном 11 і корпусом 24, отвори в перегородках 53 і 54 передається в порожнину “D". Внаслідок дисбалансу сил атмосферного тиску і розрідження в порожнині “D", 12150 6 діючих на діафрагму 2, остання, здолавши зусилля ролика 13, переміщає шток 3, а разом з ним клапан 11 вниз. Таким чином, в межах вказаної зміни частоти обертання колінчастого вала двигуна і при відсутніх різкому гальмуванні і наїзду мобільної машини на перешкоду, ролик 13 переміщається по всій поверхні нахилу упора 12, однак не в змозі перейти на його протилежну сторону. При цьому клапан 11 не перешкоджає повітрю поступати в циліндри двигуна. Як тільки розрідження в порожнинні “D" перевищить допустиме значення внаслідок надмірного засмічення повітроочисника 56 або перевищення допустимої частоти обертання колінчастого вала, обумовленого відказуванням системи автоматичного регулювання швидкості колінчатого вала двигуна, збільшується дисбаланс сил, що діють на діафрагму 2. Діафрагма 2, здолавши кінечне зусилля ролика 13, переміщує шток 3 вниз на таку величину, що ролик 13 переміщується на протилежну сторону упора 12. Внаслідок дії розрідження і пружини 4 діафрагма 2 опускається вниз до положення, при якому клапан 11 сідає в сідло 57, повністю перекриваючи при цьому доступ повітря в циліндри двигуна. При роботі двигуна на швидкісному режимі, що складає 50...60% від гранично допустимого значення частоти обертання колінчастого вала двигуна і у випадку різкого (екстреного) гальмування, шляхом натискування на педаль 52 привода гальма машини, важіль 51 повернеться (відповідно до креслення) проти руху годинникової стрілки і, різко діючи на шток 48, також різко перемістить поршень 47 вниз, стискуючи пружину 49 і підвищуючи тиск робочої рідини в нижній порожнині приймального гідроциліндра 45. Внаслідок різкого підвищення тиску і завдяки наявності дроселя 50 робоча рідина із нижньої порожнини гідроциліндра 45 у верхню буде перетікати повільніше ніж крізь гідролінію 44 безпосередньо в штокову порожнину виконавчого гідроциліндра 39, різко підвищуючи в ньому тиск. При цьому поршень 41, долаючи зусилля зрівноважуючої пружини 43, різко опуститься вниз і за допомогою штока 42 звільнить нижній кінець маятника 32. Від дії сили інерції, обумовленої сповільненням поступального руху машини, маятник 32 відхилиться від вертикального положення настільки, що діючи на рухомий фланець 28, різко перемістить його вліво, також знижуючи тиск робочої рідини в порожнинах “В" і “С" сильфонів 26 і 27, а через гідролінію 25 і в полості “А" одного виконавчого сильфона 21 роликового фіксатора. Внаслідок зменшення сила, що діє на рухомий фланець 20, від чого він, а разом з ним сідло 18, переміститься вліво, зменшуючи при цьому результуюче зусилля, з яким фіксатор 14 за допомогою ролика 13 діє на упор 12. Цього зусилля виявляється вже недостатньо для утримання штока 3 на упорі. Тому від уже діючого дисбалансу сил, діафрагма 2, здолавши остаточне зусилля ролика 13, переміщує шток 3 вниз на таку величину, що ролик 13 переміщається на протилежну сторону упора 12. Після цього, від дії розрідження і пружини 4, діафрагма 2 опускається вниз до по 7 ложення, при якому клапан 11 сідає у сідло 57, повністю перекриваючи надходження повітря в циліндри двигуна. Внаслідок дії гальма і автоматичного виключення двигуна машина скоріше зупиняється. Від діяння зрівноважуючи пружин 43 і 49 поршні 41 і 47 відповідно приймального 45 і виконавчого 39 гідроциліндрів повертаються у вихідне положення, вирівнюючи в їх циліндрах тиск робочої рідини. При чому шток 42 фіксатора 38 підніметься у верх і займе своє верхнє крайнє положення. Для установки маятника 32 у вихідне положення необхідно в ручну, натискаючи на шток 42, завести його в зачеплення з маятником. При роботі двигуна на швидкісному режимі, що становить 50...60% від гранично допустимого значення частоти обертання колінчастого вала і у випадку, коли машина наїде на перешкоду, шток 33 датчика ударів, здолавши зусилля зрівноважуючої пружини 34, різко переміститься (відповідно до креслення) вправо, одночасно переміщаючи разом із собою рухомий фланець 30 приймального сильфона 27, різко понижуючи тиск робочої рідини в його порожнині “С" і відповідно в порожнині “В" сильфона 26, а крізь гідролінію 25 і в порожнині виконавчого сильфона 21. Внаслідок зменшиться сила, що діє на рухомий фланець 20, від чого він, а разом з ним сідло 18, переміститься вліво, зменшуючи цим результуюче зусилля, з яким фіксатор 14 за допомогою ролика 13 діє на упор 12. Цього зусилля виявляється уже недостатньо для утримання ролика 13, тому від уже діючого дисбалансу сил, діафрагма 2, здолавши кінечне зусилля ролика 13, переміщає шток 3 на таку величину, що ролик 13 переміщається на протилежну сторону упора 12. Після цього, від дії розрідження і пружини 4, діафрагма 2 опускається вниз до положення, при якому клапан 11 сідає у сідло 57, повністю перекриваючи надходження повітря в циліндри двигуна. Останнім забезпечується автоматична зупинка двигуна і зупинка машини внаслідок дії перешкоди і самого двигуна, працюючого у такому випадку в режимі компресора (гальмування). У випадку як різкого гальмування машини, так і її наїжджування на перешкоду, або при роботі двигуна на швидкісному режимі від 50...60% і вище гранично допустимих значень, або з деяким засміченням повітроочисника, запропонований пристрій буде працювати аналогічно, але лише з тією різницею, що діафрагма 2 буде мати можливість долати кінечне зусилля ролика 13 при дещо меншій різкості гальмування, або в меншій мірі діяння зусилля на датчик ударів з боку перешкоди при наїзді на неї мобільної машини. В усіх випадках захисту двигуна при відказуванні системи автоматичного регулювання частоти обертання колінчастого вала, засміченні повітроочисника, а також при різкому гальмуванні або наїжджуванні машини на перешкоду, шляхом його 12150 8 автоматичної зупинки, повне перекриття надходження повітря в циліндри здійснюється загальним виконавчим механізмом, який отримує сигнал для аварійного спрацювання від датчиків розрідження у впускному трубопроводі, сповільнення руху машини і ударів внаслідок наїжджування її на перешкоди. Повернення у вихідне положення діафрагми 2, а разом з нею і клапана 11, а також утримання їх у верхньому положенні при пуску двигуна, при великому розрідженні у впускному трубопроводі, різкому гальмуванні машини і при її наїжджуванні на перешкоди, коли може здійснюватися не бажане спрацювання запропонованого пристрою, або в інших необхідних для цього випадках, здійснюється в ручну за допомогою дистанційного керування виконавчим механізмом. Так, при повертанні ручки 9 вліво пружина 4 спускається, а ролик 13 підсилюється і фіксується в нижньому положенні упора на шток 3. Після пуску двигуна виконавчий механізм звільняється завдяки повертанню вправо ручки 9. Використання запропонованого пристрою для захисту двигуна внутрішнього згоряння в порівнянні з відомими дасть можливість: а) розширити його функціональні можливості; б) розширити область використання; в) вивільнити додаткові пристрої, які були б необхідні для захисту двигунів внутрішнього згоряння і мобільних машин, що ними приводяться, від аварійних ситуацій, обумовлених раптовим гальмуванням машини, а також у випадку коли вони наїжджають на перешкоди; г) підвищити продуктивність мобільних машин, що працюють в умовах примусових гальмувань, які часто трапляються, завдяки більшій впевненості та зосередженості водіїв або операторів в керуванні машиною і виконанні технологічного процесу; д) зменшити кількість можливих аварій і як наслідок, зменшити кількість нещасних випадків, матеріальні збитки від пошкодження машин, обладнання та матеріалів, що перевозяться і т.п.; е) зменшити затрати часу, які зв'язані з можливими простоюваннями машин під час їх вимушеного ремонту і відновлювання після аварій, що збільшить пробіг і як наслідок, підвищить їх продуктивність; ж) зменшити ступінь пошкодження машин і вантажів що перевозяться, в наслідок аварій, обумовлених раптовим гальмуванням або наїздами машини на перешкоди; з) облегшити умови і підвищити ефективність оперативного діяння водіїв в передаварійних ситуаціях за рахунок забезпечення автоматичного зупинення двигунів внутрішнього згоряння, внаслідок різких гальмувань або наїздів мобільної машини на перешкоди, що в загальному дасть народному господарству певний економічний ефект. 9 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 12150 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601