Комбінований пристрій для захисту двигуна внутрішнього згоряння

Комбінований пристрій для захисту двигуна внутрішні згоряння, що включає датчик розрідження у впускному трубопроводі, виконаний у вигляді підпружиненої діафрагми, виконавчий механізм, виконаний у вигляді клапана, зв'язаного через шток з діафрагмою, яка утворює з впускним трубопроводом герметичну порожнину, роликовий фіксатор положення клапана, укомплектований рухомими фланцями з розміщеною між ними зворотною пружиною, що переміщуються в циліндричній напрямній втулці, і взаємодіючий зі штоком, механізм дистанційного управління, виконаний у вигля 30765 конаний у вигляді клапана, зв'язаного через шток з діафрагмою, роликовий фіксатор, укомплектований зворотною пружиною і взаємодіючий зі штоком, масляну магістраль двигуна, причому впускний трубопровід має перегородки, якими утворює разом з діафрагмою і клапаном герметичну порожнину, а також датчик тиску в масляній магістралі. виконаний у вигляді двох сильфонів з розміщеним між ними рухомим фланцем, зв'язаним із зворотною пружиною роликового фіксатора, і механізм дистанційного керування, виконаний у вигляді рукоятки керування з тросом, що приєднаний до штока (див.: авторське свідоцтво СРСР № 1244362, М. кл. F02В77/08, 1986). Крім того, також відомий пристрій для захисту двигуна внутрішнього згоряння при відмові системи автоматичного регулювання температури, який вміщує датчик розрідження у впускному трубопроводі, виконаний у виді підпружиненої діафрагми, виконавчий механізм, виконаний у вигляді клапана, зв'язаного через шток з діафрагмою, роликовий фіксатор положення клапана, укомплектований зворотною пружиною і взаємодіючий із штоком, перший і другий сильфони, механізм дистанційного керування, виконаний у вигляді рукоятки керування з торсом, приєднаним до штока, і систему рідинного охолодження, причому перший сильфон зв'язаний із штоком, другий сильфон укомплектований нерухомим і рухомим фланцями, останній із яких зв'язаний із зворотною пружиною, а впускний трубопровід укомплектований перегородками, які утворюють разом з діафрагмою і клапаном герметичну порожнину, а також додатково вміщує датчик температури, виконаний у вигляді термобалона, що установлений в системі охолодження і зв'язаний за допомогою капіляра з другим сильфоном, а нерухомий фланець установлений між зворотною пружиною і рухомим фланцем (див.: авторське свідоцтво СРСР № 1283431, М. кп. F02В77/08, 1987). Однак недоліком першого відомого пристрою є його обмежені функціональні можливості, оскільки він не захищає двигуна від перегріву у випадку відмови системи автоматичного регулювання температури охолоджуючої рідини, а недоліком другого відомого пристрою є також його обмежені функціональні можливості, оскільки він не захищає двигуна від падіння тиску масла у головній магістралі у випадку відмови його системи мащення. Тому для захисту двигуна від аварій та неекономічних режимів роботи необхідно в обох випадках укомплектовувати його додатковими захисними системами автоматичного регулювання пристроями, у першому випадку - від перегрівання при відмові охолоджуючої рідини, а у другому - від заклинювання при відмові системи мащення, тобто на кожний двигун установлювати по два пристрої, що ускладнює і збільшує вартість конструкції двигуна внутрішнього згоряння, понижує його надійність і довговічність, а також є причиною обмеження області їх використання. Таким чином, відомі пристрої автоматичного захисту двигунів внутрішнього згоряння мають обмежені функціональні можливості і область їх використання. Тому в основу винаходу поставлено задачу розширення функціональних можливостей і обла сті використання пристрою з можливим захистом двигуна внутрішнього згоряння у випадку аварійної ситуації і неекономічних режимів роботи, спричинених відмовою системи автоматичного регулювання частоти обертання колінчастого вала, системи постачання повітрям, системи мащення і системи автоматичного регулювання температури охолоджуючої рідини в його системи охолодження. Для вирішення даної задачі в запропонованому комбінованому пристрої для захисту двигуна внутрішнього згоряння, який включає датчик розрідження у впускному трубопроводі, виконаний у вигляді підпружиненої діафрагми, виконавчий механізм, виконаний у вигляді клапана, який зв'язаний через шток з діафрагмою, що утворює з впускним трубопроводом герметичну порожнину, роликовий фіксатор положення клапана, укомплектований рухомими фланцями з розміщеною між ними зворотною пружиною, які переміщуються в циліндричній напрямній втулці, і взаємодіючий зі штоком, механізм дистанційного керування, виконаний у вигляді рукоятки керування з тросом, приєднаним до штока, масляну магістраль двигуна і датчик тиску в масляній магістралі, виконаний у вигляді другого і третього сильфонів з рухомими і нерухомими фланцями, систему рідинного охолодження двигуна, четвертий сильфон з рухомим і нерухомим фланцями і датчик температури, виконаний у вигляді термобалона, установлений в систему охолодження і зв'язаний за допомогою капіляра з четвертим сильфоном, відповідно до винаходу, суттєвими ознаками є те, що другий і третій сильфони одними торцями зв'язані між собою нерухомим порожнистим фланцем, а другими торцями - з рухомими фланцями, з'єднаними між собою, з рухомим фланцем четвертого сильфона датчика температури і рухомими фланцями роликового фіксатора за допомогою додатково установлених тяг, укомплектованих упорами у вигляді регулювальних гайок, з можливим переміщуванням рухомим фланцям другого і третього сильфонів між упорами вздовж їх осей в спільній циліндричній напрямній втулці. Таке технічне рішення дозволяє використовувати один спільний виконавчий механізм для зупинки двигуна, шляхом перекриття поступлення повітря в його циліндри, у випадку розносу, падіння тиску масла у головній масляній магістралі системи мащення, а також надмірного перегріву двигуна і засмічення повітроочисника. На представленій фігурі показано принципову схему комбінованого пристрою для захисту двигуна внутрішнього згоряння. Виконавчий механізм 1 запропонованого комбінованого пристрою виконаний у вигляді діафрагми 2, що жорстко зав'язана зі штоком 3 і знаходиться під постійним діянням пружини 4, верхній кінець якої впирається в регулювальний гвинт 5, установлений в кришці 6. Верхня частина штока З з'єднана з одним кінцем гнучкого троса 7, який проходить в напрямній 8, другий кінець його зв'язаний з рукояткою 9 механізму ручного керування виконавчим механізмом 1 і фіксатором 10, а нижня - виконана у вигляді клапана 11. В середній частині штока 3 розміщений упор 12, який обернений нахилом до ролика 13 фіксатора 14. Фіксатор 14 має рухомий фланець 15, що жорстко з'єд 2 30765 наний з першим сильфоном 16 і впирається в один кінець зворотної пружини 17, другий кінець якої впирається в другий рухомий фланець 18, посаджений, з можливістю переміщуватися, на шток 19 з установленою на ньому регулювальною гайкою 20. На штоку 19 з протилежної сторони жорстко посаджений третій рухомий фланець 21, до якого герметично, одним торцем, приєднаний другий сильфон 22, зв'язаний герметично другим своїм торцем з однією стороною першого нерухомого порожнистого фланця 23. До фланця 23 з протилежної сторони одним своїм торцем герметично приєднаний третій сильфон 24, другий торець якого герметично зв'язаний з четвертим рухомим фланцем 25. Третій рухомий фланець 21 і четвертий рухомий фланець 25 зв'язані між собою трьома, розміщеними по колу через 120°, тягами 26 таким чином, що мають можливість переміщуватись вздовж тяг тільки в сторону зближення (у випадку падіння тиску в сильфонах 22 і 24), а в сторону віддалення їх хід обмежений упорами, які переміщуються по тягах, виконаними у вигляді регулювальних гайок 27. При цьому тяги 26 вільно проходяться крізь отвори в нерухомому фланці 23. Рухомі фланці 21, 25, нерухомий фланець 23, разом із сильфонами 22 і 24 утворюють датчик тиску в системі мащення двигуна. Сполучені між собою порожнини сильфонів 22 і 24 гідролінією 28 сполучуються з масляною магістраллю двигуна. Тяги 26 проходять через отвори у другому нерухомому фланці 29 і з'єднують рухомі третій 21 і четвертий 25 фланці з п’ятим рухомим фланцем 30 четвертого сильфона 31. Сильфон 31 одним торцем герметично зв'язаний з рухомим фланцем 30, а другим торцем - з нерухомим фланцем 29. Порожнина сильфона 31 капіляром 32 сполучується з термобалоном 33, який установлений в системі охолодження двигуна. Рухомі фланці 15, 18, 21, 25 і 30 переміщуються в циліндричній напрямній 34, що жорстко закріплена на корпусі 35, з якою зв’язані нерухомі фланці 23 і 29. Для запобігання попадання пилу та інших забруднювальних речовин всередину напрямної 34 на її торці установлена кришка 36. Напрямними штока 3 є перегородки 37 і 38 з отворами, через які герметична порожнина 39 сполучується з впускним трубопроводом 40 і повітроочисником 41. Перекривання поступлення повітря забезпечується посадкою клапана 11 в сідло 42. Комбінований пристрій працює таким чином. При непрацюючому двигуні або при роботі його на швидкісному режимі, який складає 50...60 % від гранично допустимого значення частоти обертання, нормальному тиску масла в системі мащення і нормальній температурі рідини в системі охолодження, розрідження у впускному трубопроводі 40 незначне, і клапан 11 знаходиться поза впускним трактом, забезпечуючи вільне поступлення повітря від повітроочисника 41 в циліндри двигуна. При цьому ролик 13 під дією пружини 17, тиску масла в сильфонах 22 і 24 і тиску робочої рідини в сильфоні 31 впирається в нижню частину упора 12. З мірою росту частоти обертання від 50...60% від номінальної до гранично допустимих значень, нормальному тиску масла в системі мащення і нормальній температурі охолоджуючої рі дини в системі охолодження двигуна розрідження у впускному трубопроводі 40 збільшується і через зазор між клапаном 11 і корпусом 35, отвори в перегородках 37 і 38 передається в порожнину 39. В результаті дисбалансу атмосферного тиску і розрідження в порожнині 39, що діють на діафрагму 2, остання, долаючи зусилля ролика 13, переміщує шток 3, а разом з ним клапан 11 донизу. Таким чином, у зазначеному діапазоні зміни частоти обертання колінчастого вала, нормальному тиску масла в системі мащення і нормальній температурі охолоджуючої рідини в системі охолодження двигуна ролик 13 переміщується по всій нахиленій поверхні упора 12, однак не в змозі перейти на його протилежну сторону. При цьому клапан 11 не перешкоджає поступленню повітря у циліндри двигуна. При роботі двигуна на швидкісному режимі, що становить 50...60% від гранично допустимого значення частоти обертання і у випадку нормальної температури робочої рідини в системі охолодження, але зниження тиску масла в системі мащення нижче гранично допустимого значення, тиск масла в сильфонах 22 і 24 також зменшується. В результаті зменшується сила, що діє на рухомий фланець 21, від чого він, а разом з ним зв’язаний рухомий фланець 18 переміщується наліво, зменшуючи цим результуюче зусилля, з яким фіксатор 14 через ролик 13 діє на упор 12. Цього зусилля стає вже недостатньо для утримання штока 3 на упорі 12. Тому від уже діючого дисбалансу сил діафрагма 2, подолавши остаточне зусилля ролика 13, переміщує шток 3 донизу на таку величину, що ролик 13 переміщується на протилежну сторону упора 12. Далі під дією розрідження і пружини 4 діафрагми 2 опускається униз до положення, при якому клапан 11 сідає в сідло 42, остаточно перекриваючи поступлення повітря у циліндри двигуна. У випадку падіння тиску масла в системі мащення двигуна при роботі його на швидкісному режимі від 50...60% від номінальної і вище, до гранично допустимих значень частоти обертання колінчастого вала, або з дещо засміченим повітроочисником комбінований пристрій працює аналогічно, але тільки діафрагма 2 може подолати остаточне зусилля ролика при дещо більшому тиску масла в системі мащення. При роботі двигуна на швидкісному режимі, що становить 50...60% від гранично допустимого значення його частоти обертання і у випадку нормального тиску масла в системі мащення, але підвищенні температури робочої рідини в системі охолодження вище гранично допустимого значення тиск робочої рідини в сильфоні 31 також підвищується. В результаті зменшиться сила, що діє на рухомий фланець 18, від чого він, а разом з ним зв’язаний кінець пружини 17, переміщуються наліво, зменшуючи цим результуюче зусилля, з яким фіксатор 14 через ролик 13 діє на упор 12. Цього зусилля стає вже недостатньо для утримання штока 3 на упорі 12. Тому від уже діючого дисбалансу діафрагма 2, подолавши остаточне зусилля ролика 13, переміщує шток 3 донизу на таку величину, що ролик 13 переміщується на протилежну сторону упора 12. Далі під дією розрідження і пружини 4 діафрагма 2 опускається униз до положен 3 30765 ня, при якому клапан 11 сідає в сідло 3, остаточно перекриваючи поступлення повітря у циліндри двигуна. У випадку підвищення температури робочої рідини в системі охолодження двигуна при його роботі з частотою обертання 50...60% від номінальної і вище, до гранично допустимого її значення, або з дещо засміченим повітроочисником, або з дещо пониженим тиском масла в системі мащення, комбінований пристрій буде працювати аналогічно, але тільки діафрагма 2 може подолати остаточне зусилля ролика 13 при дещо меншій температурі робочої рідини в системі охолодження. В усіх розглянутих випадках захисту двигуна внутрішнього згоряння при відмові системи автоматичного регулювання частоти обертання колінчастого вала, надмірному засміченні повітроочисника, падінні тиску масла в системі мащення або надмірному підвищенні температури робочої рідини в системі охолодження вище гранично допустимого значення остаточне перекриття поступлення повітря в його циліндри здійснюється одним спільним виконавчим механізмом, який одержує сигнали для спрацювання від вимірювачів розрідження у впускному трубопроводі, тиску масла в системі мащення і температури робочої рідини в системі охолодження. Повернення в початкове положення діафрагми 2 і разом з нею клапана 11, а також утримання їх у верхньому положенні при запуску двигуна, коли розрідження у впускному трубопроводі більше, а тиск масла в системі ще низький, і температура робочої рідини в системі охолодження може бути висока, і можливе небажане спрацювання комбінованого пристрою, або в інших необхідних для цього випадках, здійснюється вручну за допомогою дистанційного керування виконавчим механізмом. Так, при повороті рукоятки 9 наліво пружина 4 стискується. а ролик 13 підсилюється і фіксується в нижньому положенні упора на штоку 3. Після запуску двигуна виконавчий механізм 1 поворотом рукоятки 9 вправо вивільнюється. Використання запропонованого комбінованого пристрою для захисту двигуна внутрішнього згоряння у порівнянні з уже відомими, дасть можливість: - розширити функціональні можливості і незалежно здійснювати захист двигуна по чотирьох контрольованих параметрах у випадку досягнення колінчастим валом надмірної частоти обертання (розносу), надмірного засмічення повітроочисника, падіння нижче допустимої границі тиску масла в системі мащення при роботі двигуна і надмірного перегріву двигуна; - розширити область використання комбінованого пристрою за рахунок його багатофункціональних можливостей; - вилучити ряд захисних пристроїв, які реалізують захист двигуна лише по одному контрольо ваному параметру і тим самим спростити конструкцію і зменшити вартість захисних засобів; - підвищити довговічність і надійність сучасних високофорсованих і коштовних двигунів внутрішнього згоряння за рахунок надійному запобіганню можливих аварій від розносу, перегріву і різкого падіння, нижче допустимого значення, тиску масла в системі мащення; - підвищити ефективність згоряння і економію палива шляхом запобігання роботи двигуна з надмірно засміченим повітроочисником; - підвищити середню експлуатаційну потужність двигуна за рахунок забезпечення його роботи з не надмірно засміченим повітроочисником; - підвищити виробність мобільно-енергетичних засобів за рахунок підвищення середньої експлуатаційної потужності двигунів, які на них установлюються, а також за рахунок збільшення їх строку експлуатації із-за зменшення простоїв, завдяки запобіганню можливих аварій по захисних контрольованих параметрах; - зменшити аварійність двигунів машин і агрегатів, які від них приводяться; - покращити стан екології за рахунок запобігання роботи двигуна з надмірно засміченим повітроочисником; - покращити умови праці мобільно-енергетичних засобів і операторів установок, первинними двигунами яких є двигуни внутрішнього згоряння, за рахунок звільнення їх від обов’язкового контролю за чотирма параметрами і вживання відповідних захисних заходів при можливих відмовах двигунів по цих параметрах; - підвищити безпеку і ефективність навчального процесу при вивченні двигунів внутрішнього згоряння і набуванні навиків їх експлуатації, а також запобігти при цьому нещасних випадків, пов'язаних з можливими аваріями двигунів; - полегшити умови праці інструкторів при відпрацюванні з учнями, курсантами і студентами прийомів керування мобільно-енергетичними засобами; - зекономити певний час за рахунок своєчасного проведення технічних обслуговувань повітроочисників і тим самим збільшити виробність мобільно-енергетичних засобів; - виключити роботу двигунів на аварійних і неекономічних режимах. Незначні конструктивні відмінності запропонованого комбінованого пристрою від відомих і виконання у вигляді окремої приставки не позначиться на конструкції двигунів внутрішнього згоряння, тому сприятиме швидкому впровадженню його у виробництво з використанням як на заново розроблюваних двигунах, так і на тих, що вже знаходяться в експлуатації. Все це підвищить ефективність навчального процесу і загалом дасть народному господарству певний економічний ефект. 4 30765 Фіг. __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 35 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 5