Регуляторы частоты вращения коленчатого вала

Автомобильные дизели работают при переменных нагрузках и частотах вращения коленчатого вала. Нагрузка и частота враще­ния коленчатого вала дизеля зависят от скорости движения ав­томобиля, массы перевозимого им груза и сопротивления доро­ги. Для повышения эффективности работы в таких условиях на дизели устанавливаются регуляторы частоты вращения коленча­того вала, которые позволяют автоматически поддерживать за­данную скорость движения автомобиля и повышают срок служ­бы дизелей.

В дизелях, как правило, применяют центробежные регулято­ры, которые подразделяют на всережимные и двухрежимные. Пер­вые обеспечивают устойчивую работу дизеля на всех задаваемых скоростных режимах, включая минимальную частоту вращения коленчатого вала дизеля на холостом ходу, и ограничивают мак­симальную частоту вращения коленчатого вала; вторые поддер­живают минимально устойчивое вращение коленчатого вала на холостом ходу и ограничивают его максимальную частоту враще­ния, т. е. действуют на двух предельных скоростных режимах рабо­ты двигателя.

Всережимные регуляторы. На четырехтактных дизелях ЯМЗ- 236М2 -238М2 (рис. 7.13), а также на дизелях КамАЗ-740, Д-245.12 устанавливают всережимные регуляторы, которые в зависимости от нагрузки двигателя автоматически изменяют количество пода­ваемого топлива и поддерживают частоту вращения коленчатого вала, заданную положением рычага управления или степенью нажатия на педаль подачи топлива. Регуляторы обеспечивают так­же увеличение подачи топлива при пуске двигателя, поддержива­ют минимально устойчивую и ограничивают максимальную час­тоту вращения коленчатого вала.

В корпусе 1 регулятора (рис. 7.13, а) на шарикоподшипниках 2 установлен вал 16 регулятора, приводимый во вращение от ку­лачкового вала 18 топливного насоса при помощи повышающей передачи, состоящей из ведущего 17 и ведомого /5 зубчатых колес.

Рис. 7.13. Всережкмкый центробежный регулятор дизелей ЯМЗ: а — устройство; б, 9 — схемы работы регулятора соответственно при малой частоте вращения коленчатого вала, частичных и полных нагрузках; 1— корпус регулятора; 2— шарикоподшипник; 3— тяга; 4— стартовая пружина; 5— вал рычага управления;6 -двуплечий рычаг; 7,8 —рычат управления подачей топлива; 9 — силовая пружина; 10 —промежуточный рычаг, 11 - скоба;12— упорная пята; 13— муфта; 14- центробежные грузы; 15, 17~ соответственно ведомое и ведущее зубчатые колеса; 16- вал регулятора; 18 -вал топливного насоса; 19- рейкв; 20, 22, 25- ограничительные болты; 21— ось; 23. 29— регулировочные винты; 24— пробка; 26— корректор палачи топлива; 27-силовой рычаг, 28— кулиса выключения подачи топлива

На валу 16 регулятора при помощи державки установлены центро­бежные грузы 14, которые системой рычагов связаны с рейкой 19 насоса (рис. 7.13, б) и рычагом 8 управления подачей топлива.

При вращении вала грузы 14 расходятся и своими роликами давят на торец муфты 13. Усилие, воспринимаемое муфтой, пере­дается через упорную пяту 12 рычагу 7, соединенному тягой 3 с рейкой 19.

Тореи упорной пяты 12 через корректор 26 подачи топлива воздействует на силовой рычаг 27, который сидит на общей оси 21 с двуплечим рычагом б и находится под действием усилия пружи­ны 9. Одним концом пружина закреплена на промежуточном ры­чаге 10, жестко соединенном с рычагом 8 управления подачей топлива, другим — на двуплечем рычаге 6, в наружное плечо ко­торого ввернут регулировочный винт 23, упирающийся в силовой рычаг 27 и позволяющий изменять предварительное натяжение пружины.

В нижней части регулятора размещен кулисный механизм, слу­жащий для остановки двигателя. Кулиса 28 этого механизма при­водится в действие скобой 11 (см. рис. 7.13, а).

Работа регулятора заключается в следующем. Всережимный центробежный регулятор устанавливают на определенный режим работы рычагом 8 с помощью тяги, соединяющий его с педалью управления в кабине водителя. Перед пуском дизеля скобу /У ку­лисы 28 (см. рис. 7.13,6) выключения подачи топлива фиксируют в положении «Работа»; при этом рычаг ^управления подачей топ­лива упирается в ограничительный болт 22. В этом случае под дей­ствием стартовой пружины 4 верхнее плечо рычага 7, перемеща­ясь против часовой стрелки, вдвигает рейку 19 в корпус насоса. При пуске дизеля цикловая подача топлива должна быть сравни­тельно большой, поэтому рейку насоса устанавливают в положе­ние пусковой (увеличенной) подачи топлива.

После пуска дизеля, когда частота вращения коленчатого вала начинает увеличиваться под действием центробежной силы, гру­зы 14 расходятся и, преодолевая сопротивление стартовой пру­жины 4, перемещают вправо подвижную муфту 13 и рычаг 7 до упора пяты /2 в корректор 26 силового рычага. При этом рейка 19 выдвигается из корпуса насоса и подача топлива уменьшается.

В дальнейшем по мере повышения частоты вращения колен­чатого вала на режиме холостого хода до 500 об/мин рычаг /про­должает выдвигать рейку 19 вправо. При этом силовой 27 и дву­плечий 6 рычаги поворачиваются против часовой стрелки, пре­одолевая сопротивление пружины 9. Перемещение рычага 7 и рейки /9 прекратится, как только усилие грузов 14 уравновесится натяжением силовой пружины 9, что будет соответствовать ука­занной частоте вращения коленчатого вала дизеля и минималь­ной подаче топлива на режиме холостого хода. Минимальную ча- стогу вращения коленчатого вала на холостом ходу регулируют болтом 22 и поджатием буферной пружины пробкой 24.

При переходе на нагрузочные режимы работы дизеля необхо­димая частота вращения коленчатого вала устанавливается нажа­тием на педаль управления подачей топлива. В этом случае рычаг 8 (рис. 7.13, в)у поворачиваясь совместно с валом 5 на некоторый угол, воздействует на промежуточный рычаг 10, который растя­гивает силовую пружину 9. Под действием усилия пружины на двуплечий рычаг 6 рейка 19 перемещается в сторону увеличения подачи топлива и частота вращения коленчатого вала дизеля воз­растает до тех пор, пока центробежная сила грузов 14 не уравно­весит силу натяжения пружины 9.

Установившаяся частота вращения коленчатого вала дизеля поддерживается регулятором автоматически следующим образом. При уменьшении нагрузки на дизель топливо продолжает посту­пать в цилиндры в том же количестве, в результате чего частота вращения коленчатого вала и центробежная сила грузов 14 увели­чиваются. Грузы расходятся на больший угол и, действуя через рычажную систему, перемещают рейку 19 в сторону уменьшения подачи топлива до момента равенства усилия пружины 9 и цент­робежной силы грузов 14\ при этом восстанавливается заданный скоростной режим.

При увеличении нагрузки и прежнем количестве подаваемого топлива частота вращения коленчатого вала понижается, в ре­зультате чего центробежная сила грузов 14 уменьшается и они сходятся. При этом пружина 9, воздействуя через рычажную сис­тему, перемещает рейку 19 в сторону увеличения подачи топлива до момента восстановления заданного скоростного режима.

В условиях эксплуатации возможны также перегрузки дизеля, в этом случае поддерживание заданного скоростного режима без переключения передач будет происходить до тех пор, пока голов­ка болта 25 не упрется в вал 5 рычагов 8 и 10. При дальнейшем возрастании нагрузки частота вращения коленчатого вала будет уменьшаться. В этом случае поддержание нарушенного скоростно­го режима может быть достигнуто включением понижающей пе­редачи в коробке передач.

Дизель останавливают из кабины водителя при помоши кнопки «Стоп», которая тросом соединяется со скобой 11 (см. рис. 7.13, а). При этом скоба и связанная с ней кулиса 28 (см. рис. 7.13, 6) выключения подачи топлива перемещаются в нижнее крайнее положение, а рычаг 7 поворачивается относительно пальца, уста­новленного в упорной пяте 12, по часовой стрелке и своим верх­ним плечом выдвигает рейку /9 до упора вправо, подача топлива прекращается.

При эксплуатации дизелей максимальную частоту вращения коленчатого вала ограничивают болтом 20, а ход кулисы — вин­том 29 (см. рис. 7.13, в). Номинальную (часовую) подачу топлива насосом регулируют болтом 25. Эту регулировку выполняют на специальном стенде.

На дизелях семейства КамАЗ всережимный регулятор частоты вращения коленчатого вала установлен в развале насоса высокого давления. К корпусу регулятора крепится крышка, на которой смонтированы регулировочные устройства, рычаги управления 18 (см. рис. 7.7) подачей топлива и остановки двигателя. По принци­пу работы регулятор всережимный, прямого действия, с переда­чей центробежной силы грузов через систему рычагов и рейку непосредственно плунжерным парам. Необходимая частота вра­щения коленчатого вала дизеля задается натяжением пружины ре­гулятора при помощи рычага, соединенного с педалью подачи топлива. Для каждого натяжения пружины при заданной частоте вращения коленчатого вала устанавливается равновесие между цен­тробежной силой грузов и приведенной к оси регулятора силой натяжения пружины. Таким образом, работа регулятора дизелей КамАЗ принципиально не отличается от работы регулятора дизе­лей ЯМЗ, однако общая компоновочная схема, а также отдель­ные детали и узлы указанных регуляторов конструктивно отлича­ются друг от друга.

Двух режимные регуляторы. Центробежные двухрежимные ре­гуляторы, устанавливаемые на дизелях автомобилей ЗИЛ-4331, -433360 и их модификациях, представляют собой систему, состо­ящую из грузов, пружин и рычагов, связанных с рейкой топлив­ного насоса высокого давления. При этом механизм регулятора соединен с рейкой топливного насоса при помощи рычага, свя­занного одновременно и с тягой педали подачи топлива, на кото­рую воздействует водитель.

Двухрежимный регулятор дизеля ЗИЛ-645 автоматически обес­печивает его устойчивую работу на холостом ходу в диапазоне 600...650 об/мин и ограничивает максимальную частоту враще­ния коленчатого вала в диапазоне 2800...2850 об/мин.

Типовая схема устройства и работы двухрежимного регулятора дизеля представлена на рис. 7.14. Регулятор включает две последо­вательно действующие системы, одна из которых регулирует ре­жим минимальной частоты, обеспечивая устойчивую работу на холостом ходу, а другая ограничивает в заданных пределах макси­мальную частоту вращения коленчатого вала дизеля.

На кулачковом валу II топливного насоса высокого давления при помощи гайки закреплен корпус Р. На наружной поверхности корпуса 9 установлена крестовина, на осях 14 которой свободно посажены два цилиндрических пустотелых груза 10, связанных с рычагами /Р. Внутри каждого груза размещены слабая наружная пружина 13 холостого хода, две внутренние жесткие пружины 16 ограничения максимальной частоты вращения, пружина /7, раз-

Рис. 7.14. Типовая схема двухрсжимиого регулятора дизеля:

/ — винт регулировочный; 2 — рейка; 3 — пружина рейки; 4 — двуплечий рычаг; 5 — кулиса; 6 — рычаг управления подачей топлива; 7 — муфта; 8 — направля­ющая муфты; 9— корпус регулятора; 10 — грузы; И — вал топливного насоса; 12 — тарелка пружины; 13 — пружина холостого хода; 14 — ось крестовины; 15 — гайка регулировочная; 16 — пружина ограничения максимальной частоты вра­щения коленчатого вала; /7— пружина корректора; 18— стакан корректора; 19 — рычаги грузов; Л II — положения максимальной и минимальной подачи топлива соответственно; II — величина перемещения рычагов

мешенная в стакане 18> и регулировочная гайка 75. Грузы с пру­жинами называются чувствительным элементом регулятора, кото­рый через систему рычагов и муфту 7 передает усилие на рейку 2 насоса.

Работа деухрежимногорегулятора заключается в следующем. Пе­ред пуском дизеля двуплечий рычаг 6 подачи топлива устанавли­вают на максимальную подачу /; при этом кулиса 5 опускается вниз, а рейка 2 насоса регулировочным винтом / соприкасается с упором. При помощи этого винта регулируется пусковая подача топлива» которая в 1,5—2 раза больше, чем максимальная цикло­вая подача топлива.

Во время пуска дизеля грузы 10 под действием центробежных сил расходятся, сжимая пружину 13 холостого хода. При этом рычаги 19 по направляющей 8 перемещают муфту 7 влево, кото­рая через двуплечий рычаг 4 выдвигает рейку 2 насоса вправо, уменьшая подачу топлива и снижая частоту вращения коленчатого вала. При этом сжатая пружина 3 обеспечивает обратное перемеще­ние кулисы 5 в рычаге 4. Ограничение частоты вращения достига­ется в результате того, что центробежные силы грузов оказывают­ся недостаточными, чтобы преодолеть дополнительное усилие внутренних пружин 16 и 77. При уменьшении частоты вращения усилие пружины 13 холостого хода становится больше центро­бежных сил, грузы 70 опускаются и муфта 7 через двуплечий ры­чаг 4 перемещает рейку в направлении увеличения подачи топли­ва. Следовательно, первая система двухрежимного регулятора обес­печивает устойчивую работу дизеля при частотах вращения ко­ленчатого вала на холостом ходу. При этом массы грузов и затяж­ку гайкой 15 слабой пружины 13 холостого хода подбирают так, чтобы равновесие системы, характеризующееся равенством при­веденной к муфте центробежной силы и силы затяжки пружины, имело место в указанных диапазонах частоты вращения коленча­того вала.

При переходе на нагрузочные режимы дизеля регулятор прак­тически отключается, а необходимая частота вращения коленчато­го вала обеспечивается рычагом б, связанным с педалью подачи топлива. Максимальная цикловая подача топлива ограничивается упорным винтом, ввернутым в корпус регулятора. Например, при увеличении частоты ращения коленчатого вала перестановкой рычага 6подачи топлива в положение //или одно из промежуточ­ных положений грузы 10 расходятся, сжимая слабую пружину 13 холостого хода. Достигнув тарелки 12 жесткой пружины 77, даль­нейшее перемещение грузов прекращается. Это связано с тем, что центробежной силы грузов будет недостаточно для дополнитель­ного преодоления силы предварительной затяжки пружин 16 и 77. В результате этого регулятор выключается и режим работы дизеля регулируется только педалью подачи топлива. Массу грузов и за­тяжку жестких пружин 16 и 77 подбирают так, чтобы эта система находилась в равновесии при максимальной частоте вращения коленчатого вала.

Наряду с этим для корректировки подачи топлива на переход­ных режимах работы дизеля в регуляторах используют пружинные корректоры подачи топлива, состоящие из стакана 18, жесткой пружины 77 и тарелки 72.

Принцип работы корректора состоит в том, что при уменьше­нии нагрузки на дизель центробежные силы грузов преодолевают силы затяжки жестких пружин 16 и 77, а также слабой пружины 13 холостого хода, и тарелка 72 садится на стакан 18. В результате этого
рычаги 19 грузов перемещаются на небольшую величину //, от­клоняя при этом через муфту 7 двуплечий рычаг 4 с рейкой 2 в сторону уменьшения подачи топлива. Таким образом, вторая система двухрежимного регулятора обеспечивает ограничение максимальной частоты вращения коленчатого вала на переходных режимах работы дизеля, не допуская его отказа, даже при резком уменьшении нагрузки.

Турбонаддув в дизелях

Для повышения литровой мощности дизелей используют над­дув, т.е. подачу заряда воздуха в цилиндр под давлением.

Для наддува дизели ЯМЗ-2Э8НБ, -240Н, -240П, Д-245.12 и другие оборудуют турбокомпрессором, использующим энергию отработавших газов. Увеличивая наполнение цилиндров воздухом, турбокомпрессор повышает эффективность сгорания одновременно увел1Р1енной дозы впрыскиваемого топлива. Это дает возможность повысить эффективную мощность дизеля на 20... 30 %. Однако над­дув увеличивает тепловую и механическую напряженность деталей кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов.

Турбокомпрессор дизелей обычно представляет собой объеди­нение газовой турбины, приводимой во вращение потоком отра­ботавших газов, и центробежного компрессора, обеспечивающе­го создание избыточного давления воздуха. Оба агрегата имеют один общий роторный вал, установленный в бронзовых подшип­никах. Во время такта впуска дизеля сжатый компрессором воздух нагнетается в его цилиндры обычно под давлением 0,10... 0,20 МПа.

Рис. 7.15. Схема турбокомп­рессора:

/ — газопровод впускной; 2 —га* эопровод выпускной; 3 — газопро­вод, идущий к глушителю; 4 — компрессор; 5 — рабочее колесо компрессора; 6 — газовая турби­на; 7— вал ротора; 8— ци­линдр дизеля; 9— рабочее ко-

лесо турбины

Турбокомпрессор (рис. 7.15) состоит из газовой турбины 6 и центробежного компрессора 4 На роторном валу 7с одной сторо­
ны закреплено рабочее колесо 9 газовой турбины б, а с другой — рабочее колесо 5 компрессора 4.

Отработавшие газы (пунктирные стрелки), движущиеся по вы­пускному газопроводу 2, вращают рабочее колесо 9 турбины с большой частотой (30ООО...40ООО об/мин), а затем они отводятся по газопроводу 3 в трубу глушителя.

Одновременно с рабочим колесом 9 турбины вращается рабочее колесо 5 компрессора, которое через воздухоочиститель засасывает воздух (сплошные стрелки), сжимает его и под давлением нагне­тает через впускной газопровод / в цилиндры 8 дизеля.

По степени повышения давления наддув разделяют на низ­кий — с давлением воздуха на впуске до 0,15 МПа, средний — до 0,20 МПа и высокий — свыше 0,20 МПа.

Контрольные вопросы

1. Из каких приборов и узлов состоит система питания дизеля?

2. В чем принципиальная разница в процессах смесеобразования дизе­лей карбюраторного двигателя?

3. Для чего предназначается топливоподкачивающий насос? Каков принцип его работы?

4. Как работают топливные секции насоса высокого давления?

5. Для чего необходима муфта опережения впрыскивания топлива?

6. Какова разница в принципах действия вссрежимного и двухрежим- ного регуляторов частоты вращения коленчатого вала дизелей?

7. Каковы назначение турбонаддува в дизелях и его влияние на срок службы дизеля?

ГЛАВА 8