Двигатель внутреннего сгорания с наддувом

 

Использование: регулирование двигателей внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом. Сущность изобретения: двигатель внутреннего сгорания с наддувом содержит турбокомпрессор 2, воздухонапорная магистраль 20 которого подключена к впускному патрубку 22 и пневматическому чувствительному элементу 18, и топливный насос 3 высокого давления с муфтой 4 опережения впрыска топлива. Главный рычаг 8 одним концом закреплен шарнирно на оси, а другим соединен с муфтой 4 опережения впрыска топлива через шарнир и кулису 9. Средняя часть рычага 8 через ролик 10 соприкасается с пятой центробежного чувствительного элемента 7 и постоянно поддерживается в этом состоянии всережимной пружиной 14, причем кулиса 9 через ползун 15 соединена с одноплечим рычагом 16, к которому в средней части неподвижно через шарнир крепится шток 17 пневматического чувствительного элемента 18. 3 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, в частности к регулированию двигателей внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом.

Известны двигатели внутреннего сгорания с наддувом, центробежные регуляторы которых содержат корпус с центробежным чувствительным элементом и пневмокорректором, механизм связи, соединенный с рейкой топливного насоса, главный рычаг механизма связи, взаимодействующий с муфтой центробежного чувствительного элемента и шарнирно соединенный с первым ползунком кулисы, одноплечий рычаг механизма связи, шарнирно соединенный с вторым ползунком кулисы и рычагом штока мембраны пневмокорректора, имеющим выступы и тягу управления, механизм многотонности с многопозиционным упором, подвижной гильзой, выполненной с внешним и внутренним буртиками, втулкой и двумя пружинами для подпружинивания штока мембраны и подвижной гильзы, причем многопозиционный упор взаимодействует с внешним буртиком подвижной гильзы, а выступ штока мембраны - с внутренним буртиком подвижной гильзы, при этом втулка размещена в подвижной гильзе с возможностью осевого перемещения и ее фиксации. Двигатель снабжен вспомогательным рычагом, пружиной обогатителя с элементом регулирования величины предварительной деформации, кривошипом, промежуточным рычагом и всережимной пружиной, причем главный рычаг механизма связи кинематически связан с вспомогательным рычагом и подпружинен к нему пружиной обогатителя, при этом кривошип соединен с вспомогательным рычагом посредством всережимной пружины, а с тягой управления - через промежуточный рычаг.

Однако в этих двигателях регулирование угла опережения впрыска топлива осуществляется только по частоте вращения коленчатого вала двигателя. Такое регулирование не позволяет иметь оптимальный угол опережения впрыска топлива на переходных режимах и обеспечивает только его линейное регулирование, в то время как последние исследования в этой области показывают необходимость регулирования угла опережения впрыска топлива по другой (криволинейной) характеристике.

Цель изобретения - повышение качества регулирования угла опережения впрыска топлива.

Использование предлагаемого двигателя позволит путем регулирования угла опережения впрыска топлива по давлению наддува и частоте вращения коленчатого вала настраивать двигатель на получение мощностных и экономических показателей и за счет этого сэкономить 5-7% топлива; повысить среднюю скорость движения транспортных средств за счет уменьшения времени разгона и снизить таким образом себестоимость перевозок на 3-5% ; снизить дымность отработавших газов по сравнению с базовым двигателем на 5-6% ; вследствие уменьшения жесткости работы двигателя увеличить срок его службы на 3-5% .

Это достигается тем, что второй конец кулисы кинематически связан с муфтой опережения впрыска топлива, причем ролик, взаимодействующий с муфтой центробежного чувствительного элемента, установлен на середине главного рычага, а шток пневматического чувствительного элемента соединен с серединой одноплечего рычага.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого двигателя; на фиг. 2 - зависимость угла опережения впрыска топлива от частоты вращения коленчатого вала двигателя и давления наддува; на фиг. 3 - типичная характеристика турбокомпрессора.

Двигатель 1 внутреннего сгорания содержит турбокомпрессор 2, топливный насос 3 высокого давления, муфту 4 опережения впрыска топлива и регулятор 5 с кинематическим суммированием сигнала частоты вращения коленчатого вала двигателя с сигналом давления наддува и с переменным передаточным отношением от диска-упора 6 центробежного чувствительного элемента 7 к муфте 4 опережения впрыска топлива, снабженный главным рычагом 8 регулятора, который одним концом закреплен шарниром неподвижно, а другим через ползунок и кулису 9 связан с муфтой 4 опережения впрыска топлива, при этом ролик 10 установлен на его середине и находится в контакте с втулкой 11 центробежного чувствительного элемента 7. Диск-упор 6 опирается на шары 12, которые размещены в пазах крестовины 13. В этом состоянии главный рычаг 8 регулятора 5 поддерживается всережимной пружиной 14. Кулиса 9 через второй ползунок 15 соединена с одноплечим рычагом 16, к середине которого неподвижно через шарнир крепится рычаг 17 пневматического чувствительного элемента 18, имеющего полость над мембраной 19, соединенную трубопроводом 20 с воздухонапорной магистралью 21 турбокомпрессора 2, патрубком 22 цилиндра 23 двигателя 1, состоящего из мембраны 24 с тарелью и пружины 25. Второй конец одноплечего рычага 16 закреплен шарниром неподвижно.

Двигатель работает следующим образом.

В начальный момент разгона мы вдвигаем рейку насоса 3, увеличивая цикловую подачу топлива. Частота вращения коленчатого вала двигателя 1 (n_d) почти мгновенно начинает расти. Давление наддува (Р_к) в это время изменяется незначительно, потому что турбокомпрессор 2 обладает инерционностью и располагаемая энергия отработавших газов невелика вследствие прогрева "горячих" точек (мест поворота отработавших газов в коллекторе). Центробежный чувствительный элемент 7 также обладает некоторой инерционностью, поэтому в начальный момент, а именно 0,4-1 с (в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя 1 перед и после разгона и интенсивности разгона), угол опережения впрыска ( Θ_впр) увеличиваетcя незначительно, оставаясь практически равным углу опережения впрыска топлива (Θ_впр) перед разгоном. Эта задержка благоприятно сказывается на разгоне турбокомпрессора 2, так как, оставив почти неизменным угол опережения впрыска топлива ( Θ_впр) при увеличившейся частоте вращения коленчатого вала двигателя, мы смещаем рабочий процесс двигателя на линию догорания, увеличивая температуру отработавших газов в цилиндрах двигателя и особенно выпускных коллекторах, что способствует быстpому прогреву "горячих" точек, резкому увеличению располагаемой энергии газов, подводимых к турбине, и ускоренному ее разгону до режимов, обеспечивающих требуемое двигателю при разгоне воздухоснабжение.

Далее частота вращения двигателя 1 растет, турбокомпрессор 2 выходит на режим разгона и обеспечивает подачу в цилиндры двигателя 1 требуемого количества воздуха, регулятор 5, преодолев инерционность начинает регулировать угол Θ_впр опережения впрыска топлива. Шары 12 центробежного чувствительного элемента 7 под действием центробежной силы, так как крестовина 13, увлекающая за собой шары 12, вращается с частотой коленчатого вала двигателя 1, расходятся и сдвигают диск-упор 6 центробежного чувствительного элемента 7 с втулкой 11, которая через ролик 10 воздействует на главный рычаг 8, сдвигая его конец, связанный через шарнир и кулису 9 с муфтой 4 опережения впрыска топлива, вправо на расстояние, прямо пропорциональное изменению частоты вращения коленчатого вала двигателя, а следовательно, закрепленный через шарнир конец b кулисы 9, имеющей подвижный центр поворота в точке нахождения центра ползунка 15. Таким образом, величина перемещения конца а кулисы 9, связанного с муфтой 4 опережения впрыска топлива, а следовательно, и увеличение угла Θ_впр впрыска топлива зависит не только от величины перемещения свободного конца главного рычага 8, но и от положения центра ползунка 15, т. е. подвижного центра поворота. В свою очередь, положение этого мгновенного центра поворота задает пневматический чувствительный элемент 18. Полость над мембраной 19 пневматического чувствительного элемента 18 связана трубопроводом 20 с воздухонапорной магистралью 21 турбокомпрессора 2, которая подключена к впускному патрубку 22 цилиндра 23 двигателя. Возрастающее давление воздействует на мембрану 24 с тарелью и, преодолевая силу сжатия пружины 25, через шток 17 воздействует на одноплечий рычаг 16, определяя положение мгновенного центра скоростей, изменяя соотношение длин плен а и b в зависимости от давления наддува (Р_к).

Таким образом осуществляется регулировка угла опережения впрыска топлива в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя 1 (n_d) с корректировкой его по давлению наддува (Р_к). Это имеет важное значение, так как от частоты вращения коленчатого вала двигателя зависит количество рабочих циклов в единицу времени, т. е. при увеличении частоты вращения коленчатого вала двигателя время на совершение рабочего цикла уменьшается, поэтому и надо увеличивать угол опережения впрыска топлива, чтобы обеспечить нормальное протекание рабочего процесса (предпламенную подготовку, видимое горение и т. д. ).

Регулятор работает по объединенной характеристике, две составляющие которой показаны на фиг. 2.

Такое регулирование позволяет повысить качество и сократить время переходных процессов двигателя, так как фиг. 3 показывает, что регулирование угла опережения впрыска топлива ( Θ_впр) только по давлению наддува (Р_к) не принесет желаемого результата. Давление наддува может быть одинаковым на различных частотах вращения двигателя. Данный регулятор регулирует угол опережения впрыска во всем диапазоне рабочих частот вращения коленчатого двигателя, а при режимах, близких к номинальному, настраивает систему на получение максимальных мощностных и экономических показателей двигателя.

(56) Авторское свидетельство СССР N 1449682, кл. F 02 D 1/02, 1989.

Формула изобретения

ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С НАДДУВОМ, содержащий турбокомпрессор с воздухонапорной магистралью, пневматический чувствительный элемент со штоком, сообщенный с воздухонапорной магистралью, центробежный чувствительный элемент с муфтой, топливный насос высокого давления с муфтой опережения впрыска топлива, главный рычаг с роликом, шарнирно установленный на оси с возможностью взаимодействия с муфтой центробежного чувствительного элемента, кулису, один конец которой шарнирно связан с главным рычагом, а второй - с топливным насосом, всережимную пружину, взаимодействующую с главным рычагом, одноплечий рычаг с ползуном, шарнирно связанный с рычагом пневматического чувствительного элемента, причем ползун одноплечего рычага установлен в кулисе, отличающийся тем, что, с целью повышения качества регулирования угла опережения впрыска топлива, второй конец кулисы кинематически связан с муфтой опережения впрыска топлива, причем ролик, взаимодействующий с муфтой центробежного чувствительного элемента, установлен на середине главного рычага, а шток пневматического чувствительного элемента соединен с серединой одноплечего рычага.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3