Система автоматичного регулювання тиску наддувного повітря в циліндрах дизеля

Реферат: Система автоматичного регулювання тиску наддувного повітря в циліндрах дизеля містить поршневу частину дизеля, впускний і випускний тракти з клапанами, газову турбіну і компресор, зв'язані з впускним і випускним трактами, а також джерело і ресивер стисненого повітря. Крім цього, в ній, між ресивером стисненого повітря і впускним трактом, додатково установлені пневматичні датчик тиску і форсований диференціатор, причому датчик виконаний у вигляді корпуса з діафрагмою, притисненою до нього кришкою, зв'язаною зі штоком і клапаном, взаємодіючим із сідлом, розміщеним на перехіднику, що з'єднує кришку з ресивером, а диференціатор сигналів, що виходять із впускного тракту, виконаний у вигляді спільного нерухомого корпуса із співвісно розміщеними в ньому першою суцільною з осьовим отвором і третьою підпружиненою суцільною діафрагмою з основами, які притиснуті до корпуса кришками. UA 109187 U (12) UA 109187 U UA 109187 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Система належить галузі машинобудування, і зокрема двигунобудування, і може бути використана переважно на дизельних двигунах внутрішнього згоряння (дизелях) з газотурбінним наддувом для автоматичного підтримання заданого тиску повітря в циліндрах в умовах перемінних швидкісних і навантажувальних режимів їх роботи. Відома, найбільш близька за суттю і технічною реалізацією, система містить поршневу частину дизеля, впускний і випускний тракти з клапанами, газову турбіну і, установлений на спільній осі з нею, компресор, зв'язані з впускним і випускним трактами (див. кн. Алексеев В.П., Иващенко Н.А., Ивин В.Н. и др. Двигатели внутреннего сгорания: Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. Под ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1980. - С. 10, рис. 2). Недоліком відомої системи є низька точність підтримання необхідного тиску наддувного повітря в циліндрах дизелів в перехідних процесах, що понижує експлуатаційну потужність і підвищує їх витрату палива, а також суттєво погіршує екологію довкілля. Тому в основу корисної моделі поставлено задачу підвищити вихідні техніко-економічні показники дизелів з подачею в циліндри наддувного повітря, а також покращити екологію довкілля при роботі їх на режимах перемінних навантажень. Для розв'язування поставленої задачі пропонується удосконалення відомої системи, суттєвими ознаками якого є те, що необхідний тиск повітря в циліндрах дизелів в перехідних процесах автоматично підтримується за рахунок подачі додаткового повітря за регулюючими сигналами, сформованими за відхиленнями тиску і форсованій швидкості (форсованій першій похідній) його відхилення. Це реалізується шляхом установки між ресивером з датчиком стисненого повітря і впускним трактом додаткового пневматичного форсованого диференціатора сигналів впускного тракту, виконаного у вигляді спільного нерухомого корпуса із співввісно розміщеними в ньому першою суцільною, другою з осьовим отвором і третьою підпружиненою суцільною діафрагмами з основами, які притиснені до корпуса додатковими кришками. Основа першої діафрагми з основою другої діафрагми зв'язані через додатково установлену в штоковій камері, систему важелів і тяг, виконану у вигляді, розміщених діаметрально по радіусу, принаймні двох, важелів. Одні кінці важелів з'єднані з корпусом, другі кінці тягами зв'язані з основою другої діафрагми, а середні точки - з основою першої діафрагми. При цьому безштокова камера, утворена кришкою і першою діафрагмою через пневмолінію і додатково установлений регулюючий дросель сполучена з впускним трактом, штокова камера, утворена корпусом, першою, другою і третьою діафрагмами, з датчиком тиску повітря в ресивері і впускним трактом - безпосередньо, а камера, утворена третьою діафрагмою і кришкою, через отвір в останній - з атмосферою. Таке технічне рішення, завдяки створюваному дроселем різкого перепаду тисків в безштоковій і штоковій камерах, а також певному співвідношенню довжини плечей важелів, з'єднуючих першу і другу діафрагми, дасть можливість формувати регулюючі сигнали пропорційні змінюванню вхідного тиску наддувного повітря і форсованій швидкості (форсованій першій похідній) його змінювання. Введення додаткового регулюючого сигналу форсованого за швидкістю змінювання тиску наддувного повітря забезпечить основній діафрагмі, а разом з нею штокові і клапану високу швидкодію, і тим самим підвищить точність підтримання необхідного тиску наддувного повітря в циліндрах, в перехідних процесах роботи дизеля, його експлуатаційні вихідні техніко-економічні показники і покращить екологію довкілля. На представленому кресленні схематично показано загальний вигляд системи автоматичного регулювання тиску (САРТ) наддувного повітря в циліндрах дизеля. Запропонована САРТ містить штатні елементи відомої системи: поршневий компресор 1, сполучений через пневмолінію 2 з регулятором тиску 3, а пневмолінією 4 - з акумулятором стисненого повітря (ресивером) 5 із зливним 6 і запобіжним 7 клапанами; циліндр 8 з поршнем 9, зв'язаним через шатун 10 з колінчастим валом 11; до циліндра 8 приєднаний впускний тракт 12 з впускним клапаном 13 і випускний тракт 14 з випускним клапаном 15; сполучений з трактом 12 компресор 16, а з трактом 14 - турбіна 17, які зв'язані між собою спільним валом 18; компресор 16 пневмолінією 19 сполучений з повітроочисником 20, з яким з'єднані інерційна решітка 21 і циклони 22, 23, 24, а останні пневмолінією 25 - з інжектором 26 і вихлопною трубою 27. Компенсація дефіциту наддувного повітря в циліндрах дизеля здійснюється обвідним додатковим контуром, розміщеним між впускним трактом 12 і ресивером 5. Контур містить додатково установлений пневматичний датчик 28 тиску, виконаний у вигляді корпуса 29, з основною діафрагмою 30, притисненою кришкою 31. З діафрагмою 30 зв'язаний шток 32 з клапаном 33, взаємодіючим із сідлом 34, розміщеним на перехіднику 35, що з'єднує кришку 31 з 1 UA 109187 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ресивером 5. Герметичність з'єднання кришка - шток забезпечується гофрованим чохлом 36. Камера ресивера 5 зі штоковою камерою "а" датчика сполучається перепускною пневмолінією 37, а з впускним трактом 12 - через отвір у перехіднику 35, клапан 33 і пневмолінію 38. В корпусі 29 установлена пружина 39, взаємодіюча одним торцем через опору 40 з регульованим гвинтом 41, з корпусом 29, а протилежним торцем - з діафрагмою 30. Безштокова камера "в" пневмолінією 42 сполучається з тяговою камерою "с" форсованого диференціатора тиску, а турбіна 17 пневмолінією 43 - з інжектором 26. Пневматичний форсований диференціатор 44 включає спільний нерухомий корпус 45, співвісно розміщені в ньому першу суцільну діафрагму 46 з основою 47, другу з осьовим отвором діафрагму 48 з основою 49 і третю суцільну діафрагму 50 з основою 51, взаємодіючою з пружиною 52. Діафрагми 46, 48, 50 на корпусі закріплені кришками 53, 54, 55. Основа 47 першої діафрагми 46 з основою 49 другої діафрагми 48 зв'язані між собою через додатково установлену в штоковій камері систему важелів і тяг, виконану у вигляді, діаметрально розміщених по радіусу корпуса, принаймні двох 56, 57 важелів, одні кінці яких з'єднані з корпусом 45, другі кінці тягами 60, 61 зв'язані з основою 49 другої діафрагми 48, а середні точки важелів 56, 57 - з основою 47 першої діафрагми 46 тягами 58, 59. Із впускним трактом 12 камера "с" сполучена пневмолініями 62, 63 безпосередньо, а камера "d" - через пневмолінії 62, 64 і додатково установлений дросель 65, а камера "e" з атмосферою через отвір в кришці 55. Працює СAPT наступним чином. В усталеному навантажувальному і швидкісному режимах роботи частота обертання колінчастого вала дизеля постійна. При цьому надходження повітря у циліндр 8 забезпечується дією розрідження викликаного зворотно-поступальним рухом поршня 9, обумовленого обертанням колінчастого вала 11 і складного руху шатуна 10, а також за рахунок наддуву компресором 1. Повітря у всмоктувальну камеру компресора 16 надходить з атмосфери через всмоктувальні отвори та інерційну решітку 21 повітроочисника 20 і пневмолінію 19. Пил з циклонів 22, 23, 24 через пневмолінію 25 відсмоктується і викидається через вихлопну трубу 27 в атмосферу. Компресор 16 приводиться в дію інжектором відпрацьованих газів, що виходять з циліндра 8 через випускний клапан 15, випускний тракт 14 на турбіну 17 і далі через відвідну пневмолінію 43, інжектор 26 і вихлопну трубу 27 в атмосферу. У випадку різкого збільшення навантаження, з боку приводимого дизелем споживача енергії, порушується рівність між крутним моментом і моментом опору. Через інерційність відцентрового регулятора і запізнення подачі палива в циліндри частота обертання колінчастого вала дизеля і відповідно інерція його відпрацьованих газів зменшується, що призводить до зниження частоти обертання компресора і створення дефіциту наддувного повітря, що подається в циліндри. Внаслідок дефіциту повітря у впускному тракті 12 зменшується тиск, який пневмолініями 62, 63 буде передаватися в безштокову камеру "с" безпосередньо, а в додаткову камеру "d" - через пневмолінію 64 і дросель 65. Але завдяки дроселю 65 зменшення тиску в камері "с" буде інтенсивніше, ніжв камері "d", збільшуючи через пневмолінію 42, пропорційно змінюванню тиску, швидкість руху основної діафрагми 30 і сповільнюючи швидкість руху діафрагми 46 і через систему важелів і тяг - діафрагми 48, збільшуючи при цьому об'єм камери "с", а отже, додатково зменшуючи в ній тиск, який буде пропорційний швидкості змінювання вхідного в диференціатор тиску. Від виниклого дисбалансу сил, цих двох тисків в камері "в" і тиску в камері "а", діючих на діафрагму 30 вона, долаючи опір пружини 39, разом зі штоком 32 і клапаном 33, перемістить вліво і з підвищеною швидкістю відкриє отвір у перехіднику 35. В результаті повітря із ресивера 5 через відкритий отвір, пневмолінію 38 надійде у впускний тракт 12, звідки через впускний клапан 13-у циліндри 8 дизеля, компенсуючи цим частково виниклий дефіцит повітря за сигналами пропорційними змінюванню тиску і форсованій швидкості (форсованій першій похідній) його змінювання. У міру вирівнювання крутного моменту дизеля і моменту опору споживача його енергії, частота обертання колінчастого вала 11, а відповідно, і компресора 16, збільшиться, підвищуючи цим тиск у впускному тракті 12 і через пневмолінії 62, 63 в камері "с", а через пневмолінію 62, дросель 65 і пневмолінію 64 в камері "d" форсованого диференціатора тисків. Однак, через наявність дроселя 65 збільшення тиску в камері "с" буде інтенсивніше, ніж в камері "d", збільшуючи через пневмолінію 42, пропорційно змінюванню тиску, швидкість руху основної діафрагми 30 і сповільнюючи швидкість руху діафрагми 46 і, зв'язаної з нею через систему важелів і тяг, діафрагми 48, зменшуючи при цьому об'єм камери "с", а отже, додатково 2 UA 109187 U 5 10 15 20 збільшуючи в ній тиск, який буде пропорційний форсованій швидкості змінювання вхідного в диференціатор тиску. Від дії дисбалансу сил, цих двох тисків в камері "в" і тиску в камері "а", діючих на діафрагму 30, вона, долаючи зусилля опору пружини 39, разом зі штоком 32 і клапаном 33, різко переміститься вправо і з підвищеною (форсованою) швидкістю закриє отвір у перехіднику 35 і різко припинить подачу в циліндри 8 дизеля додаткового наддувного повітря. В обох випадках перехідного процесу основній діафрагмі датчика і зв'язаних з нею штоком і клапаном, буде забезпечуватися висока швидкодія, обумовлена сформованому у пневматичному форсованому диференціаторі автоматичних регулюючих сигналів, пропорційних змінюванню тиску в циліндрі дизеля і форсованій швидкості (форсованій першій похідній) від його змінювання. При цьому ступінь автоматичного введення регулюючого сигналу, пропорційного змінюванню тиску, може бути різною залежно від діаметрів діафрагм 46, 48, коефіцієнта підсилення системи важелів і тяг, що їх з'єднує, а також настройки дроселя 65. Застосування запропонованої САРТ наддувного повітря в циліндрах дизеля, у порівнянні з уже відомою, дасть можливість: - підвищити точність підтримання необхідного тиску наддувного повітря в циліндрах при перемінних швидкісних і навантажувальних режимах роботи; - підвищити експлуатаційну потужність дизеля при зменшеній витраті палива; - покращити процес згоряння пальної суміші в циліндрах завдяки компенсації дефіциту повітря, а також усунути димність відпрацьованих газів і покращити екологію довкілля. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 40 Система автоматичного регулювання тиску наддувного повітря в циліндрах дизеля, що містить поршневу частину дизеля, впускний і випускний тракти з клапанами, газову турбіну і компресор, зв'язані з впускним і випускним трактами, а також джерело і ресивер стисненого повітря, який відрізняється тим, що в ній, між ресивером стисненого повітря і впускним трактом, додатково установлені пневматичні датчик тиску і форсований диференціатор, причому датчик виконаний у вигляді корпуса з діафрагмою, притисненою до нього кришкою, зв'язаною зі штоком і клапаном, взаємодіючим із сідлом, розміщеним на перехіднику, що з'єднує кришку з ресивером, а диференціатор сигналів, що виходять із впускного тракту, виконаний у вигляді спільного нерухомого корпуса із співвісно розміщеними в ньому першою суцільною з осьовим отвором і третьою підпружиненою суцільною діафрагмою з основами, які притиснуті до корпуса кришками, причому основа першої з основою другої діафрагми зв'язані через додатково установлену в штоковій камері систему важелів і тяг, виконану у вигляді діаметрально розміщених по радіусу корпуса, принаймні двох, важелів, одні кінці яких з'єднані з корпусом, другі кінці тягами зв'язані з основою другої діафрагми, а середні точки - з основою першої діафрагми, при цьому безштокова камера, утворена кришкою і першою діафрагмою, через пневмолінію і додатково установлений регулюючий дросель, сполучена із впускним трактом, а штокова камера, утворена корпусом, першою, другою і третьою діафрагмами, із впускним трактом і датчиком тиску в ресивері - безпосередньо. 3 UA 109187 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4