Тернопольский всережимный гидравлический регулятор частоты вращения двигателя внутреннего сгорания

 

Использование: для регулирования двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: регулятор содержит связанный с коленчатым валом двигателя гидравлический насос 1, погруженный в наполненную рабочей жидкостью емкость 2, вертикально установленный цилиндр 3, внутри которого находятся связанные между собой поршень 4 и шток 5. Верхняя часть штока 5 дополнительно выполняет функции вертикальной зубчатой рейки, находящейся в зубчатом зацеплении с цилиндрическим зубчатым колесом 6, которое установлено на кронштейне 7 и связано с зубчатой рейкой 12, которая соединена с дозирующим органом 11 топливного насоса 10. Дозирующий орган 11 также через пружину 17 связан с демпфирующим устройством, выполненным в виде цилиндра 14 с поршнем 15. Емкость 2 соединена посредством трубопровода с рабочей полостью цилиндра 3. При этом к трубопроводу подключено перепускное устройство, выполненное в виде корпуса 18 с размещенной в ней регулирующей иглой 19, которая снабжена рычагом 20 настройки. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области автоматического регулирования определенных параметров работы энергетических машин, а более конкретно к автоматическому регулированию частоты вращения двигателей внутреннего сгорания, снабженных всережимными гидравлическими регуляторами прямого действия.

Известна конструкция статического всережимного гидравлического регулятора частоты вращения двигателя внутреннего сгорания [1] , особенность которой в том, что для уменьшения влияния вязкости рабочей жидкости на процесс регулирования она снабжена специальным грузом-золотником.

Известна конструкция статического всережимного гидравлического регулятора [2] , который как гидравлический работает только на пониженных скоростных режимах.

Кроме конструктивной сложности важнейшим недостатком этих всережимных регуляторов является их невысокая точность автоматического регулирования частоты вращения коленчатого вала в связи с наличием статической ошибки системы автоматического регулирования при изменении внешней нагрузки двигателя внутреннего сгорания.

Весьма простую конструкцию имеет известный прямого действия гидравлический всережимный регулятор частоты вращения двигателя внутреннего сгорания [3] , основными составными частями которого являются орган управления, погруженный в емкость с рабочей жидкостью, связанный с коленчатым валом двигателя шестеренный гидравлиеский насос, снабженный подпружиненным поршнем и связанным с органом дозирования топливоподачи штоком исполнительный гидроцилиндр, снабженное дросселем и кинематически связанной с органом управления регулирующей иглой перепускное устройство. При этом выход гидравлического насоса одновременно соединен с рабочей полостью исполнительного гидроцилиндра и входом дросселя, выход которого подключен к сливной магистрали.

В данном регуляторе (прототип изобретения) приведенное к поршню исполнительного гидроцилиндра гидростатическое усилие рабочей жидкости уравновешивается механической пружиной, поэтому он является статическим (или пропорциональным). Следовательно, его важнейший недостаток - невысокая точность автоматического регулирования в связи с наличием статической ошибки при изменении внешней нагрузки двигателя внутреннего сгорания.

Целью изобретения является повышение точности автоматического регулирования частоты вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, снабженного гидравлическим всережимным регулятором прямого действия, путем полного исключения статической ошибки на всех скоростных режимах без ухудшения динамических показателей качества системы автоматического регулирования.

Достижение этой цели позволит использовать обладающие многими положительными качествами (топливная экономичность, быстрота пуска и др. ) рассматриваемые двигатели внутреннего сгорания и для обеспечения механической энергией многочисленных потребителей, требующих для качественного выполнения своих функций высокой точности регулирования частоты вращения коленчатого вала (ряд электрических генераторов переменного тока и др. ).

Для обеспечения полной ликвидации статической ошибки в предлагаемом регуляторе связанный с органом дозирования топливоподачи исполнительный гидроцилиндр установлен вертикально и уравновешивание приведенного к его поршню гидростатического усилия рабочей жидкости обеспечивается только силой веса снабженных дополнительными массами поршня и связанного с ним штока. При этом регулятор с такими поршнем-грузом и штоком-грузом становится астатическим, т. е. с регулирующим импульсом по интегралу от отклонения регулируемой величины. Известно, что такой астатический регулятор обеспечивает полное исключение статической ошибки. Однако при этом имеет место увеличение колебательности значения частоты вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания и продолжительности переходных процессов.

Для уменьшения колебательности регулируемой величины и убыстрения переходных процессов в настоящем техническом решении астатический регулятор снабжен корректирующим устройством в виде гидравлического демпфирующего элемента. Последний выполнен в виде цилиндра с расположенным внутри него поршнем, разделяющим цилиндр на две полости, соединенные между собой посредством трубопровода с установленным в нем вентилем. Поршень демпфирующего элемента снабжен штоком, который через пружину соосно связан с органом дозирования топливоподачи. При этом регулятор становится изодромным, т. е. с двумя регулируемыми импульсами - по отклонению регулируемой величины и по интегралу от отмеченного отклонения.

На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемого регулятора.

Регулятор содержит связанный с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания гидравлический насос 1 (который погружен в наполненную рабочей жидкостью емкость 2), вертикально установленный на стойку, снабженный цилиндром 3, поршнем-грузом 4 и зубчато-реечным штоком-грузом 5 исполнительный гидроцилиндр, снабженный находящимся в зацеплении со штоком-грузом 5 зубчатым колесом 6, установленным на стойку кронштейном 7, осью 8 и вертикальной направляющей опорой 9 преобразователь вертикального линейного движения штока-груза во вращательное движение зубчатого колеса, топливный насос 10 двигателя, стержневой дозирующий орган 11 топливоподачи, жестко связанную с дозирующим органом и находящуюся в зацеплении с зубчатым колесом зубчатую рейку 12, горизонтальную направляющую опору 13 рейки, снабженный установленным на стойку корпусом-цилиндром 14, поршнем 15, штоком 16 и связанной с дозирующим органом пружиной 17 корректирующий демпфирующий элемент, снабженное корпусом 18, регулирующей иглой 19 и кинематически связанным с органом управления (не показан) скоростным режимом двигателя рычагом 20 настройки перепускное устройство. Исполнительный гидроцилиндр установлен вертикально и силой веса его поршня и штока уравновешивается приведенное гидростатическое усилие рабочей жидкости.

Регулятор работает следующим образом.

Если внешняя нагрузка снабженного предлагаемым гидравлическим регулятором двигателя внутреннего сгорания постоянна, то при его работе на определенном скоростном режиме приведенное к поршню 4 осевое гидростатическое усилие поступающей от насоса 1 рабочей жидкости уравновешивается силой тяжести поршня 4 и штока 5. Поэтому связанные между собой поршень 4 и шток 5 занимают относительно вертикально расположенного неподвижного цилиндра 3 определенное положение. Соответственно этому определенные положения занимают кинематически связанные зубчатое колесо 6, рейка 12, дозирующий орган 11, недеформированная пружина 17, связанные между собой шток 16 и поршень 15. При этом объем рабочей полости (РП) постоянный, а вся нагнетаемая гидравлическим насосом 1 рабочая жидкость через перепускное устройство возвращается в емкость 2.

В случае одноступенчатого понижения внешней нагрузки двигателя внутреннего сгорания переходный процесс системы автоматического регулирования можно представить двумя этапами.

Во время первого этапа предлагаемый регулятор работает как статический с практически неподвижными поршнем 15 и штоком 16. При этом имеют место повышение значений частоты вращения коленчатого вала двигателя и производительности насоса 1, увеличение объема РП, смещение вправо дозирующего органа 11 и соответствующее уменьшение топливоподачи, деформации сжатия пружины 17.

Во время второго этапа переходного процесса за счет перемещения вправо подпружиненных поршня 15 и штока 16 происходит восстановление недеформированного состояния пружины 17, дальнейшее перемещение вправо дозирующего органа 11 и соответствующее понижение топливоподачи, увеличение объема РП, таким образом осуществляется полная ликвидация отклонения значения регулируемой величины.

В случае одноступенчатого повышения внешней нагрузки двигателя внутреннего сгорания на первом этапе переходного процесса происходит понижение значений частоты вращения коленчатого вала и производительности насоса 1, уменьшение объема РП, смещение влево дозирующего органа 11, деформации сжатия пружины 17 и т. д. Переходный процесс также заканчивается полной ликвидацией отклонения значения регулируемой величины.

На основании изложенных особенностей работы предлагаемого регулятора осуществляется подавление влияния на значения частоты вращения двигателя внутреннего сгорания и других возмущающих воздействий. (56) 1. Орлин А. С. и др. Двигатели внутреннего сгорания. М. : Машиностроение, 1973, с. 280-281, рис. 183.

2. Настенко Н. Н. и др. Регуляторы тракторных и комбайновых двигателей. М. : Машиностроение, 1965, с. 48-49, фиг. 26.

3. Крутов В. И. Автоматическое регулирование двигателей внутреннего сгорания. М. : Машиностроение, 1968, с. 192, рис. 135.

Формула изобретения

1. ТЕРНОПОЛЬСКИЙ ВСЕРЕЖИМНЫЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий орган управления, гидравлический насос, исполнительный гидроцилиндр с поршнем и штоком, связанным с органом дозирования, и дроссель с регулирующей иглой, входом и выходом, при этом выход насоса одновременно соединен с рабочей полостью исполнительного гидроцилиндра и входом дросселя, выход которого подключен к сливной магистрали, а регулирующая игла дросселя кинематически связана с органом управления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулирования путем исключения статической ошибки, регулятор снабжен демпфирующим элементом, выполненным в виде с расположенным внутри него поршнем, разделяющим цилиндр на две полости, соединенные между собой посредством трубопровода с установленным в нем вентилем, поршень демпфирующего элемента связан с органом дозирования через пружину, а исполнительный гидроцилиндр установлен вертикально.

2. Регулятор по п. 1, отличающийся тем, что связь штока исполнительного гидроцилиндра выполнена в виде зубчатой рейки, жестко связанной со штоком исполнительного гидроцилиндра и зубчатого колеса, установленного с возможностью одновременного взаимодействия с зубчатой рейкой и органом дозирования.

РИСУНКИ

Рисунок 1