Способ улучшения качества регулирования двигателей внутреннего сгорания и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к системам регулирования двигателей внутреннего сгорания. Технический результат заключается в улучшении качества переходных процессов систем регулирования двигателей. Способ улучшения качества регулирования двигателей внутреннего сгорания, при котором в изодромную отрицательную обратную связь буферного типа регулятора скорости непрямого действия вводят нелинейные элементы, осуществляется тем, что в буферной обратной связи используют втулку с обводными каналами, открываемыми при перемещении буферного поршня от среднего положения, и упругие элементы равной или различной жесткости, с предварительным натягом или без него. Устройство для улучшения качества регулирования двигателей внутреннего сгорания содержит центробежный измеритель скорости, гидравлический золотник с компенсирующим пояском, гидравлический сервомотор, гидравлическую линию между золотником и сервомотором, разделенную буферным поршнем на полость золотника и полость сервомотора, перепускной игольчатый клапан, соединенный с этими полостями, и автономную масляную систему. Буферное пространство, в котором перемещается поршень, выполнено в виде сменной втулки, установленной и зафиксированной в расточке корпуса регулятора. 2 с. и 4 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к автоматическому регулированию частоты вращения двигателей внутреннего сгорания, и может быть использовано, например, в устройствах для автоматического поддержания скоростного режима газовых двигателей внутреннего сгорания и дизелей.

Известны способы улучшения качества переходных процессов двигателей внутреннего сгорания путем введения в изодромную обратную связь регуляторов скорости нелинейностей в виде упругих элементов с предварительным натягом, например, в регуляторах типа 2Д100 [1] .

Известен также способ, направленный на получение такого же эффекта, но нелинейное упругое звено образуется пружинами различной жесткости, причем одна из них имеет предварительный натяг [2] .

Общим недостатком этих способов, как показывает опыт длительной эксплуатации таких систем регулирования, является изменение характеристик упругих элементов с предварительным натягом, что вызывает нарушение качества работы системы регулирования и необходимость дополнительного контроля и регулировок. Кроме того, недостатками являются большие забросы оборотов и увеличенное время переходных процессов при сбросе-набросе нагрузки, т. к. предварительный натяг пружин в обратной связи вызывает увеличение их силы, что ведет к затягиванию реакции регулятора на возмущение и увеличению, таким образом, отклонения регулируемой величины.

Известны устройства для реализации таких способов на базе изодромной обратной связи различных типов [1, 2] . Наиболее близким аналогом является устройство изодромной буферной обратной связи в регуляторах типа 10Д100 и их модификации для газовых двигателей Г-72 [2] .

В этих регуляторах изодромная обратная связь встроена в гидравлическую линию между золотником и сервомотором и делит эту линию с помощью буферного поршня на полость сервомотора с основной пружиной и полость золотника с вспомогательной пружиной, причем основная пружина установлена с предварительным натягом, а вспомогательная свободно. Кроме того, жесткость основной пружины больше жесткости вспомогательной. Этим устройством реализуется нелинейная характеристика обратной связи при сбросе и набросе нагрузки двигателя внутреннего сгорания.

К аналогам необходимо также отнести известное устройство изодромной обратной связи буферного типа с обводными (байпасными) каналами, с помощью которых в обратной связи образуется симметричная нелинейность типа "ограничение", способствующая ограничению максимального рабочего хода поршня сервомотора [3] . Недостатком этого устройства являются большие величины отклонения частоты вращения вала двигателя при сбросе-набросе 100% нагрузки, что снижает класс системы регулирования.

Задачей изобретения является улучшение качества регулирования, снижение заброса частоты вращения в переходном режиме, повышение устойчивости работы и стабильности настройки регулятора частоты вращения в процессе эксплуатации. Это особенно важно для газовых двигателей, для которых характерны пропуски вспышек особенно на малых нагрузках и на холостом ходу, вызывающие колебания частоты вращения и ухудшение динамических параметров системы регулирования.

Поставленная задача может быть реализована в способе улучшения качества регулирования двигателей внутреннего сгорания, при котором в изодромную отрицательную обратную связь буферного типа регулятора скорости непрямого действия вводят нелинейные элементы, при этом согласно изобретению, в буферной обратной связи используют втулку с обводными каналами, открываемыми при перемещении буферного поршня от среднего положения и упругие элементы равной или различной жесткости, с предварительным натягом или без него.

Поставленная задача может быть реализована в устройстве для улучшения качества регулирования двигателей внутреннего сгорания, содержащем центробежный измеритель скорости, гидравлический золотник с компенсирующим пояском, гидравлический сервомотор, гидравлическую линию между золотником и сервомотором, разделенную буферным поршнем на полость золотника и полость сервомотора, перепускной игольчатый клапан, соединенный с этими полостями, и автономную масляную систему, при этом согласно изобретению, буферное пространство, в котором перемещается поршень, выполнено в виде сменной втулки, установленной и зафиксированной в расточке корпуса регулятора.

Сменная втулка может иметь имеет обводные каналы.

Буферное пространство может быть герметизировано заглушкой с уплотнительным кольцом.

Заглушка может быть выполнена в виде пробки со стопорным кольцом.

Длина буферного поршня может быть больше его диаметра.

Таким образом особенность заявленного изобретения заключается в том, что в регуляторах скорости непрямого действия с изодромной обратной связью буферного типа используют изменяемую несимметричную нелинейность типа "ограничение", причем упругие элементы обратной связи применяют как равной, так и различной жесткости, с предварительным натягом или без него. Это позволяет получить в обратной связи любую из показанных на фиг. 1, 2 и 3 характеристик в зависимости от типа двигателя и условий его работы.

На фиг. 4 показана принципиальная схема устройства для осуществления заявляемого способа.

Устройство представляет из себя регулятор скорости непрямого действия, состоящий из центробежного измерителя скорости с грузами 1 и всережимной пружины 2, связанного с ним гидравлического золотника 3 с компенсирующим пояском 18, гидравлического сервомотора 5, связанного с золотником гидравлической линией, разделенной буферным поршнем 8 на полость сервомотора (А) и полость золотника (В) с перепускным игольчатым клапаном 4, и автономной масляной системы, состоящей из масляного резервуара, масляного насоса 16, масляного аккумулятора 15 и масляных каналов 17. Буферный поршень 8 перемещается во втулке 9, которая устанавливается в расточку корпуса регулятора и фиксируется стопорным винтом 10. Для ликвидации утечек масла из полости (А) эта расточка герметизируется заглушкой 13 с уплотнением 14. С обеих сторон буферного поршня установлены пружины 11 и 12, которые могут быть либо одинаковой, либо различной жесткости. Эти пружины могут быть как с предварительным натягом, так и без него. Втулка 9 имеет два обводных (байпасных) канала 6 и 7, которые открываются при перемещении буферного поршня от среднего положения в обе стороны. Начало открытия каналов определяется размерами "а" и "b", которые могут быть либо одинаковыми, либо различными, но в сумме составляют размер "с", т. е. расстояние между внешними кромками отверстий обводных (байпасных) каналов. Конструкция устройства позволяет в случае необходимости быстро произвести смену втулки с другими значениями размеров "а", "b" и "с", т. е. осуществить любой из показанных на фиг. 1, 2 и 3 вид нелинейности в обратной связи.

Способ реализуется следующим образом.

При неизменной нагрузке и постоянной частоте вращения центробежная сила грузов 1 уравновешивается силой пружины 2 и золотник перекрывает окно подачи масла в полость золотника (В). Благодаря игольчатому клапану 4 давление масла в полостях (А) и (В) одинаковое, буферный поршень занимает среднее положение, а поршень сервомотора 5 устанавливается в положение, соответствующее данному режиму работы двигателя.

При отключении нагрузки частота вращения коленчатого вала двигателя резко возрастает, грузы 1 расходятся и золотник 3 поднимается вверх, открывая слив масла и уменьшая давление в полости (В). Буферный поршень 8 под действием давления в полости (А) перемещается влево, а сервомотор 5 будет уменьшать подачу топлива. Скорость перемещения буферного поршня и сервомотора зависит от жесткости пружины 11 и определяет величину заброса оборотов в переходном режиме. При перемещении поршня 8 в полостях (А) и (В) возникнет перепад давления масла, который воздействуя на компенсирующий поясок 18 золотника 3, стремится вернуть его в исходное положение. Увеличение этой силы будет продолжаться до тех пор, пока поршень 8 не откроет окно обводного канала 7, при этом поршень 8 остановится, компенсирующая сила на золотник 3 достигнет максимальной величины, а поршень 5 будет перемещаться в положение, соответствующее новой нагрузке двигателя.

При подключении нагрузки частота вращения коленчатого вала двигателя уменьшается, грузы сходятся и золотник 3 опускается вниз, открывая доступ маслу в полость (В). Описанный выше процесс повторится с той лишь разницей, что поршень 8 будет смещаться вправо до момента открытия обводного канала 6, а величина компенсирующей силы, воздействующей на золотник, будет зависеть от жесткости пружины 12 и ограничиваться размером "b". Это ограничение максимальной величины компенсирующей силы и позволит уменьшить заброс частоты вращения в переходных режимах. Начало открытия отверстия обводных каналов 7 и 6 зависит от величины размеров "а" и "b" во втулке (9). Используя втулку с другими размерами "а" и "b", можно устанавливать различную величину ограничения хода буферного поршня и величины компенсирующей силы, а следовательно и заброса частоты вращения переходного процесса, при настройке регулятора на конкретном двигателе в зависимости от его типа и нагрузки.

Таким образом, применяя втулку буферного пространства с различными значениями размеров "а", "b" и "с", можно существенно расширить возможности отрицательной обратной связи буферного типа по улучшению качества регулирования двигателей различных типов и с различными видами нагрузки. Так, например, при регулировании газовых двигателей на частичных нагрузках, для которых характерны пропуски вспышек, уменьшить реакцию буферного поршня, а следовательно и поршня сервомотора на незначительные отклонения скорости и золотника, можно применяя предварительный натяг пружин 11 и 12. Это в совокупности с возможностями втулки 9 дает возможность уменьшить забросы частоты вращения в переходных режимах при сохранении стабильности частоты вращения на установившихся режимах работы.

Источники информации 1. В. И. Крутов. Автоматическое регулирование двигателей внутреннего сгорания. М. , "Машиностроение", 1968, с. 252, рис. 179.

2. Авторское свидетельство СССР N 600317, кл. F 02 D 1/12, 1978 г.

3. Авторское свидетельство СССР N 1139871, кл. F 02 D 1/12, 1983 г.

Формула изобретения

1. Способ улучшения качества регулирования двигателей внутреннего сгорания, при котором в изодромную отрицательную обратную связь буферного типа регулятора скорости непрямого действия вводят нелинейные элементы, отличающийся тем, что в буферной обратной связи используют втулку с обводными каналами, открываемыми при перемещении буферного поршня от среднего положения, и упругие элементы равной или различной жесткости, с предварительным натягом или без него.

2. Устройство для улучшения качества регулирования двигателей внутреннего сгорания, содержащее центробежный измеритель скорости, гидравлический золотник с компенсирующим пояском, гидравлический сервомотор, гидравлическую линию между золотником и сервомотором, разделенную буферным поршнем на полость золотника и полость сервомотора, перепускной игольчатый клапан, соединенный с этими полостями, и автономную масляную систему, отличающееся тем, что буферное пространство, в котором перемещается поршень, выполнено в виде сменной втулки, установленной и зафиксированной в расточке корпуса регулятора.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что сменная втулка имеет обводные каналы.

4. Устройство по пп. 2 и 3, отличающееся тем, что буферное пространство герметизировано заглушкой с уплотнительным кольцом.

5. Устройство по пп. 2-4, отличающееся тем, что заглушка выполнена в виде пробки со стопорным кольцом.

6. Устройство по пп. 2-5, отличающееся тем, что длина буферного поршня больше его диаметра.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4