Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ УЛУЧШЕНИЯ КАЧЕСТВА РЕГУЛИРОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

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.