Регулятор частоты вращения коленчатого вала

Регулятор частоты вращения коленчатого вала

 

После начала движения с повышением нагрузки двигатель не должен «глохнуть». Автомобиль при изменении положения педали газа обязан плавно ускоряться или замедляться. При удержании педали газа в заданном положении и на ровной доро­ге скорость автомобиля должна оставать­ся неизменной. При отпущенной педали газа должно происходить торможение ав­томобиля двигателем.

Во всех этих случаях регулирование работы дизеля производит находящийся в распределительном ТНВД регулятор ча­стоты вращения коленчатого вала.

Регулятор предназначен прежде всего для ограничения максимальной частоты вра­щения коленчатого вала. Другими задача­ми, в зависимости от вида регулятора, могут являться поддержание частоты хо­лостого хода, а также обеспечение работы двигателя либо в определенном диапазо­не частоты вращения, либо на различных режимах во всем диапазоне между холо­стым ходом и максимальной частотой вращении. Из существующих вариантов здесь представлены следующие (рис. «Характеристики регулятора частоты вращения коленчатого вала»):

 

Характеристики регулятора частоты вращения коленчатого вала

рис. «Характеристики регулятора частоты вращения коленчатого вала» а — двухрежимный регулятор; b — всережимный регулятор. 1. Пусковая подача; 2. Максимальная подача; 3. Положительная коррекция; 4. Конечное регулирование максимальной частоты вращения; 5. Холостой ход; 6. Промежуточный диапазон регулирования частоты вращения.

 

Регулятор холостого хода

 

Пример HTML-страницы

На дизеле частота холостого хода управ­ляется регулятором ТНВД.

 

Регулятор максимальной частоты холо­стого хода

 

Если дизель при полной нагрузке и нажа­той педали газа разгружается, частота вращения коленчатого вала должна под­няться только до максимально допусти­мой при холостом ходе величины. В регу­ляторе это обеспечивается обратным хо­дом регулирующей втулки в направлении положения «Стоп» при соответствующей частоте вращения. Одновременно умень­шается величина подачи топлива.

 

Всережимный регулятор

 

Всережимный регулятор способен вли­ять на частоту вращения на всем диапа­зоне работы двигателя. Этот вид регули­рования позволяет поддерживать на по­стоянном уровне (в известных границах) любую промежуточную частоту враще­ния. Частота n в зависимости от нагрузки в диапазоне мощностей двигателя колеб­лется между частотой nVT вращения ко­ленчатого вала при полной нагрузке и ча­стотой hLT вращения коленчатого вала без нагрузки на двигатель.

 

Другие требования

 

На регулятор могут возлагаться наря­ду с основными следующие дополнитель­ные задачи:

  • Обеспечение или ограничение не­обходимой для пуска максималь­ной величины цикловой подачи то­плива;
  • Изменение величины цикловой по­дачи при полной нагрузке в зависи­мости от частоты вращения колен­чатого вала (коррекция).

 

Точность регулирования

 

Мерой точности регулирования частоты вращения при разгрузке двигателя является наклон его характеристики на графике. Наклон отражает увеличение частоты вращения коленчатого вала (в %) при разгрузке и постоянном положении педали газа. Возросшая частота вращения не должна превышать определенной величины в пределах регулирования.

В качестве предельного значения выступает максимальная частота холостого хода. Она устанавливается, если двигатель разгружается при максимальной частоте от полной нагрузки до нулевой. Увеличение частоты вращения пропорционально изменению нагрузки, т. е. тем больше, чем значительнее это изменение.

δ = (nno — nvo)/nvo

или в процентах:

δ = ((nno — nvo)/nvo)·100%

где δ — наклон характеристики, nno — максимальная частота вращения при нулевой нагрузке (иногда называется также максимальной частотой холостого хода), nvo — максимальная частота вращения при полной нагрузке.

Требуемый наклон характеристики определяется условиями эксплуатации дизеля. Например, для стационарных си­ловых агрегатов предусматривается не­большой наклон (около 4%), поскольку при изменении нагрузки происходят ма­лые изменения частоты вращения.

В ав­томобилях лучше использовать больший наклон, т. к. при малых изменениях на­грузки (ускорение или замедление авто­мобиля) это приводит к стабильному ре­гулированию и лучшей приемистости ав­томобиля. Небольшой наклон характери­стики может привести к неравномерно­сти движения автомобиля при изменени­ях нагрузки.

 

Конструкция регулятора максимальной частоты холо­стого хода

 

Узел регулирования (рис. «Угол регулирования в распределительном ТНВД с аксиальным движением плунжера (в разрезе)») состоит из точно настроенных центробежного регу­лятора 2 и рычажного механизма 3. Этот узел определяет положение регулирующей втулки 4, задавая тем самым величины хо­да нагнетания и цикловой подачи. В раз­ных модификациях рычажный механизм может иметь различные конструкции.

 

Угол регулирования в распределительном ТНВД с аксиальным движением плунжера (в разрезе)

рис. «Угол регулирования в распределительном ТНВД с аксиальным движением плунжера (в разрезе)» 1. Установочный рычаг (связан с педалью газа); 2. Центробежный регулятор; 3. Рычажный механизм; 4. Регулирующая втулка.

 

Всережимный регулятор

 

Поле характеристик всережимного регулятора

рис. «Поле характеристик всережимного регулятора»

Всережимный регулятор способен регули­ровать частоту вращения коленчатого ва­ла на всем диапазоне работы дизеля. Пере­мещая с помощью педали газа установоч­ный рычаг, водитель может установить любую частоту вращения и поддерживать ее более или менее постоянной в зависи­мости от наклона характеристики (см. рис. «Поле характеристик всережимного регулятора»).

Это особенно актуально в том случае, когда вспомогательные агрегаты (лебед­ка, водооткачивающая помпа, привод подъемного крана и т. д.) приводятся от автомобильного или стационарного ди­зеля. Тот же принцип используется в сельскохозяйственной технике (тягачи, комбайны).

А — регулирующая втулка в пусковом положении; B — пуск двигателя с пусковой подачей; S-L — переход от пусковой подачи на подачу холостого хода; L — частота холостого хода nL после пуска двигателя (без нагрузки); L-B — фаза ускорения двигателя после перемещения установочного рычага из положения холостого хода в в положение требуемой частоты вращения nC; B-B’ — регулирующая втулка остается на короткое время в положении полной подачи и происходит быстрое повышение частоты вращения коленчатого вала; B’-C — обратное перемещение регулирующей втулки (малая цикловая подача повышенная частота вращения)автомобиль получает требуемую скорость или частоту вращения коленчатого вала при частичной нагрузке; E — частота которая достигается после разгрузки двигателя при неизменном положении установочного рычага.

 

Конструкция всережимного регулятора

 

Крутящий момент передается от при­водного вала на регуляторную группу, в которую входят центробежные грузы и их корпус (рис. 2). При этом она враща­ется на оси 12 регулятора в корпусе ТНВД (рис. «Всережимный регулятор в положениях пуска и холостого хода»).

Центробежные грузы 11 преобразуют свое радиальное переме­щение в аксиальное движение скользя­щей втулки 10. Усилие и ход скользящей втулки влияют на работу рычажного ме­ханизма, который включает в себя на­тяжной 2, регулировочный 3 и пусковой 4 рычаги. Регулировочный рычаг может качаться в корпусе ТНВД и доходить до ограничителя 1 полной нагрузки. На этом рычаге точно так же могут качать­ся натяжной и пусковой рычаги.

Послед­ний в нижней части имеет шаровой па­лец, который соединен с дополнитель­ной регулирующей втулкой 7 на плунже­ре. На верхней части пускового рычага закреплена пусковая пружина 6. Верхняя же часть натяжного рычага служит мес­том для размещения удерживающего пальца 18, на который надета пружина 19 холостого хода. Кроме того, к этому же пальцу крепится пружина 17 регуля­тора. Промежуточный рычаг 13 и уста­новочный рычаг 14 связаны через валик 16 установочного рычага.

 

Пример HTML-страницы
Всережимный регулятор в положениях пуска и холостого хода

рис. «Всережимный регулятор в положениях пуска и холостого хода» а — положение пуска (при пуске установочный рычаг может находиться в положениях полной нагрузки или холостого хода; b — положение холостого хода. 1. Регулируемый ограничитель полной нагрузки; 2. Натяжной рычаг; 3. Регулировочный рычаг; 4. Пусковой рычаг; 5. Ограничитель в корпусе ТНВД; 6. Пусковая пружина; 7. Регулирующая втулка; 8. Управляющее отверстие плунжера- распределителя; 9. Плунжер-распределитель; 10. Скользящая втулка; 11. Центробежный груз; 12. Ось регулятора; 13. Промежуточный рычаг; 14. Установочный рычаг; 15. Регулируемый ограничитель холостого хода; 16. Валик установочного рычага; 17. Пружина регулятора; 18. Удерживающий палец (державка); 19. Пружина холостого ходя. а — свободный ход пусковой пружины; с — свободный ход пружины холостого хода. h1 — максимальный рабочий ход при пуске; h2 — минимальный рабочий ход в режиме холостого хода; М2 — ось вращения натяжного и пускового рычагов.

 

Взаимодействие усилий скользящей втулки 10 и нескольких пружин опреде­ляет результирующее положение рычаж­ного механизма. Изменение этого поло­жения вызывает смещение регулирую­щей втулки, что, в свою очередь, опреде­ляет величину цикловой подачи (напри­мер, h1, или h2).

 

Пуск

 

В момент пуска дизеля центробежные грузы и скользящая втулка центробежно­го регулятора находятся в положении по­коя (рис. «Всережимный регулятор в положениях пуска и холостого хода» а). Пусковой рычаг оттянут пу­сковой пружиной в положение пуска, при этом он может свободно поворачиваться вокруг оси М2. Одновременно регулиру­ющая втулка под действием шарового пальца пускового рычага устанавливает плунжер-распределитель 9 в положение пусковой подачи. Это означает, что пос­ледний получает больший рабочий ход до момента перекрытия.

При пуске, таким образом, обеспечивается пусковая цик­ловая подача (максимальный объем на­гнетаемого топлива). Уже малой частоты вращения коленчатого вала достаточно, чтобы скользящая втулка 10 двинулась вперед, против действия пусковой пру­жины, полностью выбирая свободный ход а. Пусковой рычаг поворачивается при этом вокруг оси М2 в результате чего пусковая подача сменяется подачей холо­стого хода.

 

Регулирование холостого хода

 

Пружина холостого хода, жестко закрепленная на корпусе регулятора

рис. «Пружина холостого хода, жестко закрепленная на корпусе регулятора» 1. Качающийся рычаг закрепленный на корпусе; 2. Пружина холостого хода; 3. Блок рычагов.

После пуска дизеля при отпущенной пе­дали газа установочный рычаг перемеща­ется в положение холостого хода (рис. «Всережимный регулятор в положениях пуска и холостого хода» Ь), определяемое регулировкой ограничите­ля 15 холостого хода.

Частота холостого хода выбирается так, чтобы двигатель в ненагруженном или малонагруженном состоянии работал устойчиво. Регулиро­вание осуществляется пружиной 19, рас­положенной на удерживающем пальце 18 и находящейся в равновесии с центро­бежными грузами.

Это равновесие опре­деляет положение регулирующей втулки по отношению к управляющему отвер­стию в плунжере-распределителе, т. е. фа­ктически — рабочий ход плунжера. При частоте вращения выше заданной для ре­жима холостого хода свободный ход пру­жины выбирается. и она начинает нагру­жаться. Таким образом, эго ее положение соответствует нулевому.

Благодаря закреплению пружины 19 на корпусе регулятора можно отрегули­ровать режим холостого хода независимо от положения педали газа (рис. «Пружина холостого хода, жестко закрепленная на корпусе регулятора»).

 

Работа под нагрузкой

 

Во время работы дизеля установочный рычаг занимает определенное положение в зависимости от желаемой скорости ав­томобиля или изменения нагрузки на двигатель. Положение установочного ры­чага водитель задает соответствующим нажатием на педаль газа.

Если частота вращения коленчатого вала в режиме хо­лостого хода превышает необходимую величину, обе пружины — пусковая и хо­лостого хода — нагружаются максималь­но. В связи с этим они уже не оказывают никакого влияния на регулирование час­тоты вращения — эта функция перехо­дит к пружине 4 регулятора.

 

Всережимный регулятор в диапазоне рабочих нагрузок

рис. «Всережимный регулятор в диапазоне рабочих нагрузок» а — работа при повышении частоты вращения; b — работа при снижении частоты вращения. 1. Центробежный груз; 2. Установочный рычаг; 3. Регулируемый ограничитель холостого хода; 4. Пружина peгулятора; 5. Пружина холостого хода; 6. Пусковой рычаг; 7. Натяжной рычаг; 8. Ограничитель в корпусе ТНВД; 9. Пусковая пружина; 10. Регулирующая втулка; 11. Скользящая втулка; 12. Регулируемый ограничитель максимальной частоты вращения; 13. Управляющее отверстие плунжера распределителя; 14. Плунжер распределитель. h— рабочий ход в режиме холостого хода; h2 — рабочий ход в режиме полной нагрузки М2 — ось вращения натяжного и пускового рычагов.

 

Пример (рис. «Всережимный регулятор в диапазоне рабочих нагрузок»): Водитель, нажимая на педаль газа, вы­водит установочный рычаг 2 в то положе­ние, которое соответствует желаемой ско­рости или интенсивности разгона автомо­биля. Вследствие этого действия пружина 4 регулятора нагружается на определен­ную величину. В результате сила действия пружины становится большей, чем цент­робежная сила грузов 1. В зависимости от усилия пружины пусковой 6 и натяжной 7 рычаги изменяют свое положение, поворачивается вокруг точки М2 и перемещали регулирующую втулку 10 в положение полной нагрузки. Таким образом увеличи­вается величина цикловой подачи и повы­шается частота вращения.

 

Центробежные грузы создают большое усилие, которое через скользящую втулку 11 центробежно­го регулятора противодействует усилию пружины регулятора. Регулирующая втул­ка остается в положении полной нагрузки до тех пор, пока сохраняется равновесие этих усилий. Если частота вращения вновь повышается, грузы расходятся, и сила воз­действия скользящей втулки преодолевает силу сопротивления пружины. Из-за этого пусковой и натяжной рычаги поворачива­ются вокруг своей общей оси М2 и сдвига­ют регулирующую втулку в положение «Стоп» таким образом, что управляющее отверстие плунжера-распределителя от­крывается раньше. Величина цикловой по­дачи может уменьшиться вплоть до нуле­вого значения, в результате чего частота вращения ограничивается.

Пока двигатель не перегружен, каждому положению уста­новочного рычага соответствует опреде­ленный диапазон частот вращения между полной и нулевой нагрузками. Отсюда сле­дует, что регулятор частоты вращения в рамках своей характеристики устанавли­вает требуемый режим работы (рис. «Поле характеристик всережимного регулятора»). Ес­ли нагрузка (например, на подъеме) так велика, что регулирующая втулка находится в положении полной нагрузки, а частота вращения падает, значит, двигатель перегружен. В этом случае величина цикловой подачи топлива не может более увеличи­ваться и водителю следует включить пони­женную передачу.

 

Торможение двигателем

 

При движении под уклон или при отпу­щенной на высокой скорости педали газа коленчатый вал приводится во вращение от трансмиссии автомобиля. Вследствие этого усилию скользящей втулки центро­бежного регулятора противодействуют усилия пускового и нагрузочного рыча­гов. Они изменяют свое положение и сдвигают регулирующую втулку в поло­жение меньшей цикловой подачи до тех пор, пока последняя не достигнет нулево­го значения.

В работе всережимного регу­лятора частоты вращения это может слу­читься при любом положении установоч­ного рычага, если нагрузка или частота вращения по каким-либо причинам изме­няются так сильно, что регулирующая втулка переходит в крайние положения — «Максимум» или «Стоп».

 

Двухрежимный регулятор

 

Поле характеристик двухрежимного регулятора с пружиной холостого хода и промежуточной пружиной

рис. «Поле характеристик двухрежимного регулятора с пружиной холостого хода и промежуточной пружиной» а — диапазон работы пусковой пружины; b -диапазон работы пусковой пружины и пружины холостого хода; d — диапазон работы промежуточной пружины; f — диапазон paбочей пружины регулятора

Двухрежимный регулятор ограничивает частоту вращения коленчатого вала на двух частотных режимах — холостого хода и максимальных оборотов. В проме­жуточных положениях частота враще­ния регулируется непосредственно педа­лью газа. Вследствие этого достигается больший комфорт движения. Этот прин­цип, однако, не применяется на легких грузовиках со вспомогательным обору­дованием.

 

Конструкция двухрежимного регулятора

 

Конструкция регуляторной группы с центробежными грузами и расположе­ние регулировочного рычага аналогичны уже описанным для всережимного регу­лятора. Отличие состоит в конструкции пружины 4 регулятора (рис. «Двухрежимный регулятор»): она работает на сжатие, а не на растяжение, и имеет направляющий элемент 5. Связь между натяжным рычагом и пружиной регулятора осуществляется ограничите­лем 7.

 

Двухрежимный регулятор

рис. «Двухрежимный регулятор» а — положение холостого хода; b — положение полной нагрузки. 1. Центробежный груз; 2. Установочный рычаг; 3. Регулируемый ограничитель холостого хода; 4. Пружина регулятора; 5. Направляющий элемент; 6. Промежуточная пружина; 7. Ограничитель хода натяжного рычага; 8. Пружина холостого хода; 9. Пусковой рычаг; 10. Натяжной рычаг; 11. Ограничитель в корпусе ТНВД; 12. Пусковая пружина; 13. Регулирующая втулка; 14. Регулируемый ограничитель максимальной частоты вращения; 15. Скользящая втулка; 16. Управляющее отверстие плунжера распределителя; 17. Плунжер-распределитель.  а — свободный ход пусковой пружины и пружины холостого хода; b — ход промежуточной пружины; h1 — рабочий ход в режиме холостого хода; h2 — рабочий ход в режиме полной нагрузки; М2 — ось вращения натяжного и пускового рычагов.

 

Пуск двигателя

 

Скользящая втулка 15 центробежного ре­гулятора находится в исходном положе­нии при неподвижных центробежных грузах 1. Пусковая пружина 12 через пус­ковой рычаг 9 и скользящую втулку регулятора давит на центробежные грузы в сторону их схождения. Регулирующая втулка 13 находится на плунжере-распре­делителе в позиции пусковой подачи.

 

Регулирование холостого хода

 

После пуска двигателя при отпущенной педали газа установочный рычаг 2 под действием возвратной пружины, прикре­пленной к корпусу ТНВД, перемещается в положение холостого хода. При повы­шении частоты вращения центробежная сила грузов возрастает (рис. «Двухрежимный регулятор» а), и их вы­ступы смещают скользящую втулку про­тив действия пускового рычага. Регули­рование частоты вращения происходит под действием пружины 8 холостого хо­да, давящей на натяжной рычаг 10. Пово­ротом пускового рычага регулирующая втулка продвигается в направлении меньшей цикловой подачи. При этом ее положение соответствует точке равнове­сия сил пружины и грузов.

 

Работа под нагрузкой

 

Когда водитель нажимает педаль газа, ус­тановочный рычат перемещается на оп­ределенный угол. При этом действие обе­их основных пружин — пусковой и холо­стого хода — прекращается, к в работу вступает промежуточная пружина 6. В двухрежимном регуляторе она рассчита­на на мягкий переход к нерегулируемому диапазону. Если установочный рычаг продолжает движение в направлении полной нагрузки, промежуточная пружи­на сжимается до тех пор, пока натяжной рычаг не ляжет на ограничитель 7 (рис. «Двухрежимный регулятор» Ь). Ход действия промежуточной пру­жины этим исчерпывается, и начинается нерегулируемый диапазон работы регуля­тора. Границы диапазона устанавливают­ся предварительным натягом пружины регулятора. Перемещение установочного рычага (или педали газа) теперь может передаваться непосредственно через ме­ханику регулятора на регулирующую втулку. Таким образом, устанавливается прямая связь между педалью газа и вели­чиной цикловой подачи топлива. Если во­дитель хочет увеличить скорость или на­грузку на двигатель (при преодолении подъема), он должен еще сильнее нажать педаль газа. Если требуется меньшая мощность двигателя, водитель должен «сбросить газ», т. е. отпустить педаль.

Если при неизменном положении ус­тановочного рычага нагрузка на двигатель снижается, при постоянной цикловой по­даче частота вращения коленчатого вала увеличивается. Центробежная сила растет, грузы давят на скользящую втулку против действия пускового и натяжного рычагов. Теперь, если предварительный натяг пру­жины регулятора от действия скользящей втулки становится сильнее, начинается ко­нечное регулирование в пределах номи­нальной частоты вращения.

При полной разгрузке двигатель до­стигает максимальной частоты вращения в режиме холостого хода, и в результате предотвращается превышение макси­мально допустимой частоты вращения.

 

Регулятор промежуточных режимов

 

Пример HTML-страницы
Пример HTML-страницы

Легковые автомобили, как правило, осна­щаются комбинацией всережимного и двухрежимного регуляторов. Такой агре­гат имеет дополнительные пружины и действует в нижнем диапазоне частот вращения как всережимный, а в верхнем диапазоне — как двухрежимным регуля­тор. При этом примерно до 2000 мин -1 поддерживается стабильная частота вра­щения коленчатого вала, после чего час­тота вращения ограничивается на режи­мах холостого хода и максимальных оборотов.

 

Пример HTML-страницы

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *