Регулятор частоти обертання двигуна внутрішнього згоряння

Изобретение относится к области машиностроения, в частности двигателестроения, а именно к регуляторам частоты вращения двигателей внутреннего сгорания. Известно, что на тракторных и комбайновых двигателях внутреннего сгорания, работающих по дизельному циклу (дизелях), целесообразно применять всережимные регуляторы частоты вращения, обеспечивающие достаточно точное поддержание заданной частоты вращения на номинальном и частичных режимах работы, что необходимо для качественного выполнения различных сельскохозяйственных технологических процессов, а на автомобильных двигателях лучше применять двухрежимные регуляторы, обеспечивающие по сравнению со всережимными снижение на 5-10% эксплуатационного расхода топлива в условиях частой смены режимов движения, характерных для автомобилей [Головчук А.Ф. Исследование регуляторов скорости автотракторных и комбайновых двигателей. - "Двигателестроение", 1984, №8, с. 27-29]. В каждом из этих типов регуляторов при работе двигателя по внешней скоростной характеристике должно обеспечиваться отрицательное и положительное корректирование топливоподачи на соответствующих ее участках, необходимое для того, чтобы дымность отработавших газов не превышала предельно допустимой нормы, установленной государственными стандартами. В то же время цикловая подача на частичных скоростных характеристиках при двухрежимном регулировании должна постепенно уменьшаться с ростом частоты вращения, что улучшает тяговые свойства двигателя при неполных нагрузках, а при всережимном регулировании наклон частичных регуляторных ветвей не должен существенно увеличиваться при переходе от номинального на частичные скоростные режимы. Увеличение наклона частичных регуляторных ветвей характерно для обычных всережимных регуляторов прямого действия [Кругов В.И. Автоматическое регулирование и управление двигателей внутреннего сгорания. М., Машиностроение, 1989, с. 89, 98, 99]. Для удешевления производства и ремонта регуляторов целесообразно, чтобы конструкция двухрежимных и всережимных регуляторов были максимально унифицированы, т. е. чтобы регулятор можно было комплектовать как двухрежимный или как всережимный путем замены минимального числа деталей. Известен центробежный регулятор частоты вращения дизеля по авт. св. СССР №1325175, кл. F 02 D 1/10, содержащий рычаг управления, центробежные грузы, кинематически связанные с основным пружинным механизмом, включающим положительный корректор, и с рейкой топливного насоса через муфту, главный рычаг, установленный в корпусе на оси, рычаг антикорректора (отрицательного корректора), шарнирно установленный на главном рычаге и связанный с рычагом рейки, и антикорректор, причем ось главного рычага совмещена с осью эксцентрика и рычаг управления установлен или на этой совмещенной оси для реализации двухрежимного регулирования, или на дополнительной оси с возможностью воздействия на затяжку основных пружин регулятора для реализации всережимного регулирования. Недостатки этого регулятора - усложнение конструкции из-за необходимости применения двух различных механизмов управления для двухрежимного и всережимного регулирования и отсутствие корректирования частичных скоростных характеристик при двухрежимном регулировании, из-за чего они имеют неблагоприятную горизонтальную форму, что приводит к ухудшению тяговых свойств дизеля при работе с неполной нагрузкой. Известен также двухрежимный регулятор частоты вращения двигателя внутреннего сгорания по авт. св. СССР №1332049, кл. F 02 D 1/04, содержащий центробежный датчик с подвижной муфтой, взаимодействующей с блоком пружин, двуплечий рычаг, кинематически связанный с муфтой и через промежуточный рычаг с рейкой топливного насоса, и рычаг управления, в котором кинематическая связь двуплечего рычага с муфтой выполнена в виде размещенной на муфте и опирающейся на блок пружин втулки с расположенной на ней шарнирной опорой двуплечего рычага, причем между торцом втулки и подвижной муфтой установлено упругое звено, а один конец промежуточного рычага шарнирно связан с подвижной муфтой. Недостатком этого регулятора является то, что при переходе на частичные скоростные характеристики сохраняется отрицательное корректирование топливоподачи, что приводит к ухудшению тяговых свойств двигателя при работе с неполной нагрузкой при двухрежимном регулировании. Кроме того, для переоборудования регулятора во всережимный или двухрежимный требуется существенное изменение его конструкции. Поставленная в основу изобретения задача заключается в том, чтобы регулятор частоты вращения двигателя внутреннего сгорания можно было достаточно простым способом преобразовать в двухрежимный или всережимный и чтобы при этом обеспечивалось положительное и отрицательное корректирование топливоподачи при работе по внешней скоростной характеристике, только положительное корректирование частичных скоростных характеристик при двухрежимном регулировании и небольшое увеличение наклона регуляторных ветвей при переходе на частичные скоростные режимы при всережимном регулировании. В предлагаемом изобретении поставленная задача решается за счет того, что регулятор частоты вращения двигателя внутреннего сгорания, содержащий центробежный датчик с установленной на валу подвижной муфтой, взаимодействующей с блоком пружин, двуплечий рычаг, шарнирно связанный с подвижной втулкой, размещенной на подвижной муфте, промежуточный рычаг, шарнирно установленный на двуплечем рычаге и связанный одним концом с муфтой, а вторым - с рейкой топливного насоса, упругое звено, размещенное между торцом подвижной втулки и подвижной муфтой, и рычаг управления, согласно изобретению, содержит дополнительный двуплечий рычаг, установленный на неподвижной оси, шарнирно связанный со второй подвижной муфтой, установленной с торцевым зазором напротив подвижной втулки на том же валу, и пусковую пружину, размещенную между ними, а также блок пружин, состоящий из подвижной гильзы, установленный на неподвижном стержне, на которой расположены первая и вторая подвижные втулки с фланцами, на первой втулке установлены подвижный стакан с зазором между его торцом и фланцем втулки и пружина положительного корректора, расположенная между фланцем втулки и дном подвижного стакана, на второй втулке установлен с зазором относительно первой втулки подвижный стакан с фланцем, на наружной поверхности которого расположена пружина максимальной частоты вращения упором одним концом во фланец стакана, а вторым - через дистанционную втулку с фланцем в опорную тарелку, установленную на втулке с возможностью взаимодействия с рычагом управления регулятором, а внутри стакана с фланцем размещена пружина минимальной частоты вращения с упором одним концом через промежуточное кольцо во внутренний буртик стакана, а вторым - во фланец первой подвижной втулки. При установке дистанционной втулки фланцем в сторону пружины максимальной частоты вращения обеспечивается постоянная предварительная деформация пружины, соответствующая началу формирования внешней регуляторной ветви и регулятор работает как двухрежимный. При установке дистанционной втулки фланцем в сторону опорной тарелки получается минимальная предварительная деформация пружины максимальной частоты вращения и регулятор работает как всережимный. Благодаря тому, что упругое звено и пружина положительного корректора расположены последовательно обеспечивается отрицательное и положительное корректирование топливоподачи по внешней скоростной характеристике, а пружина минимальной частоты вращения совместно с пружиной положительного корректора обеспечивают положительное корректирование частичных скоростных характеристик при двухрежимном регулировании и уменьшение наклона частичных регуляторных ветвей на пониженных скоростных режимах при всережимном регулировании. На фиг. 1 изображена принципиальная схема регулятора с дистанционной втулкой, установленной в положение для двухрежимного регулирования; на фиг. 2 - блок пружин с дистанционной втулкой, установленной в положение для всережимного регулирования; на фиг. 3 - внешняя и частичные скоростные характеристики регулятора при двухрежимном регулировании; на фиг. 4 - внешняя и частичные скоростные характеристики регулятора при всережимном регулировании. На фиг. 3-4 обозначено: n - частота вращения коленчатого вала двигателя; h - осевая координата рейки топливного насоса; 1 - внешняя скоростная характеристика; 2-5 - частичные скоростные характеристики или частичные регуляторные ветви; АБ - участок пусковой подачи топлива; БВ - участок работы пусковой пружины; ГД - участок отрицательного корректирования; ЕЖ - участок положительного корректирования; ЗИ - внешняя регуляторная ветвь; аб и мн участки работы пружины минимальной частоты вращения; еж и бв - участки одновременной работы пружины минимальной частоты вращения и упругого звена; зи и гд - участки работы пружины положительного корректора; кл - участок работы пружины максимальной частоты вращения. Регулятор (фиг. 1) содержит вал 1, приводимый во вращение от коленчатого вала двигателя, на котором установлен центробежный датчик частоты вращения, выполненный в виде грузов 2, взаимодействующий с подвижной муфтой 3, подвижную втулку 4, пружину 5 упругого звена, расположенную между муфтой 3 и втулкой 4, вторую подвижную муфту 6, установленную с зазором x1 по отношению к втулке 4, пусковую пружину 7, двуплечий рычаг 8, шарнир: но установленный на подвижной втулке 4, промежуточный рычаг 9, шарнирно установленный на двуплечем рычаге 8 и связанный одним концом с муфтой 3, а вторым с рейкой 10 топливного насоса 11, стержень 12, на котором расположен блок пружин, состоящий из подвижной гильзы 13, на которой размещены первая 14 и вторая 15 подвижные втулки с фланцами, на первой втулке 14 установлены подвижный стакан 16 и пружина 17 положительного корректора, упирающаяся одним концом во фланец втулки 14, а вторым - в подвижный стакан 16, между торцом которого и фланцем втулки 14 имеется зазор x2, на второй втулке 15 подвижно установлены стакан 18 с фланцем, опорная тарелка 19 и дистанционная втулка 20, снаружи стакана 18 расположена пружина 21 максимальной частоты вращения, упирающаяся одним концом во фланец стакана 18, а вторым через дистанционную втулку 20 в опорную тарелку 19, в которую с противоположной стороны упирается рычаг 22 управления регулятором, внутри стакана 18 размещена пружина 23 минимальной частоты вращения, упирающаяся одним концом через промежуточное кольцо 24 во внутренний буртик, выполненный в стакане, а вторым - во фланец первой подвижной втулки 14, причем между фланцами втулки 14 и стакана 18 имеется зазор х3, дополнительный двуплечий рычаг 25, установленный на неподвижной оси 26. Подвижная муфта 3, подвижная втулка 4, пружина 5 и рычаги 8 и 9 выполняют роль отрицательного корректора топливоподачи. На рычагах 8 и 9 расположен болт 27 с гайкой 28 для регулировки предварительного сжатия пружины 5, а на рычаге 8 установлен винт 29 для регулировки хода x4 рычага 9 при отрицательном корректировании топливоподачи. На дистанционной втулке 20 имеется с одной стороны фланец и она может быть установлена на второй подвижной втулке 15 в одном из двух положений: фланцем в сторону пружины 21 максимальной частоты вращения (см. фиг. 1) или фланцем в сторону опорной тарелки 19 (см. фиг. 2). В первом случае обеспечивается предварительное сжатие пружины 21, соответствующее началу формирования внешней регуляторной ветви и регулятор работает как двухрежимный, а во втором случае дистанционная втулка входит внутрь пружины 21 и предварительное сжатие этой пружины соответствует работе регулятора на минимальной частоте вращения двигателя и регулятор работает как всережимный. Винт 30 служит для ограничения максимальной частоты вращения при всережимном регулировании или номинальной подачи топлива при двухрежимном регулировании, а винтом 31 регулируется минимальная частота вращения двигателя на холостом ходу. Винтом 32 регулируется номинальная подачи топлива. Рычаг 33 служит для полного выключения подачи топлива для остановки двигателя. Регулятор работает следующим образом. Внешняя скоростная характеристика у всех трех вариантов регулятора формируется одинаково. Для этого рычаг управления 22 поворачивают до упора в винт 30. При этом пружина 23 минимальной частоты вращения сжимается до устранения зазора х3, а во всережимном регуляторе предварительная деформация пружины 21 максимальной частоты вращения увеличивается до значения, соответствующего началу формирования внешней регуляторной ветви. По мере роста частоты вращения возрастает центробежная сила грузов 2, передаваемая на пружины регулятора. Под действием этой силы сначала снижается пусковая пружина 7 до полного устранения зазора x1 (участок БВ на фиг. 3-4), затем сжимается пружина 5 упругого звена до устранения зазора х4 (участок ГД), затем пружина 17 положительного корректора до устранения зазора х2 (участок ЕЖ) и наконец пружина 21 максимальной частоты вращения, в результате чего формируется внешняя регуляторная ветвь (участок ЗИ). Для получения частичных скоростных характеристик рычаг управления 22 нужно установить в одно из промежуточных положений между винтами 30 и 31. В двухрежимном регуляторе при промежуточных положениях рычага управления появляется зазор х3, величина которого зависит от положения рычага управления 22 относительно винта 31, и изменяется предварительное сжатие пружины 23, от которого зависит частота вращения, при которой начинают формироваться частичные скоростные характеристики: на участке ВГ (фиг. 3, характеристика 3) или на участке ГД (фиг. 3, характеристика 2) внешней скоростной характеристики. В первом случае с ростом частоты вращения сначала сжимается пружина 23 (участок аб), а затем одновременно пружины 23 и 5 (участок бв), причем на участке бв в результате совместного действия двух пружин 23 и 5 рейка топливного насоса по мере роста частоты вращения постепенно смещается в сторону уменьшения подачи топлива, т. е. происходит положительное корректирование топливоподачи. На участке гд сжимается пружина 17 положительного корректора топливоподачи. Во втором случае сначала сжимаются одновременно обе пружины 23 и 5 (участок еж), а затем пружина 17 положительного корректора (участок зи). На участке кл работает пружина 21 максимальной частоты вращения. Таким образом, в пределах всей скоростной характеристики на частичных режимах работы происходит только положительное корректирование топливоподачи. Для перехода на минимальную частоту вращения холостого хода рычаг управления 22 поворачивают до упора в винт 31. При этом весь блок пружин смещается на стержне 12 влево и при изменении частоты вращения изменяется сжатие только пружины 23, в результате чего формируется участок мн частичной скоростной характеристики 4. Во всережимном регуляторе (фиг. 2) при промежуточных положениях рычага управления вблизи винта 30 зазора х3 нет, пружина 23 сжата на максимальную величину и в формировании частичных регуляторных ветвей не участвует. Частичные регуляторные ветви, которые начинаются на участках ДЕ и ЖЗ (фиг. 4) формируются в результате сжатия одной пружины 21, а начинающиеся на участках ЕЖ - формируются в результате сжатия одновременно пружин 21 и 17, которые работают последовательно. Так как суммарная жесткость последовательно включенных пружин меньше, чем жесткость одной пружины, то наклон частичных регуляторных ветвей в пределах этого участка меньше, чем в регуляторе без положительного корректора. При положениях рычага управления вблизи винта 31 появляется зазор х3 и пружина 23 участвует в формировании частичных регуляторных ветвей. Поэтому частичные регуляторные ветви, начинающиеся на участке ВГ, формируются с участием пружин 21 и 23, а начинающиеся на участке ГД - с участием пружин 21, 23 и 5, что способствует уменьшению наклона частичных регуляторных ветвей на этих участках. Для перехода на минимальную частоту вращения холостого хода рычаг управления 22 поворачивают до упора в винт 31. В результате этого весь блок пружин смещается по стержню 12 влево и при изменении частоты вращения работают одновременно пружины 21 и 23, формируя частичную регуляторную ветвь МН. Применение описанного регулятора частоты вращения двигателя внутреннего сгорания позволяет снизить затраты на производство и ремонт регуляторов автомобильных, тракторных, комбайновых и др. дизелей за счет стопроцентной унификации, конструкций двухрежимного и всережимного регуляторов, повысить эксплуатационную экономичность автомобильных дизелей с двухрежимными регуляторами благодаря наиболее благоприятной форме частичных характеристик и повысить качество выполнения технологических процессов тракторами, комбайнами и другими машинами, оборудованными всережимными регуляторами, благодаря меньшей зависимости наклона частичных регуляторных ветвей от регулируемой частоты вращения, чем в обычных регуляторах прямого действия.