Механизм ограничения подачи топлива в зависимости от давления наддува

По мере накопления опыта эксплуатации тепловозов с дизе­лями типа Д49 возник ряд новых требований к их системам ре­гулирования. Так, возникла необходимость улучшения динамики разгона дизель-генератора. Система дроссельного набора частоты, с одной стороны, в некоторых случаях неоправданно растягивает разгон, а в других случаях приводит к термическим перегруз­кам. Как известно, наиболее объективными в этом отношении факторами являются коэффициент избытка воздуха и температура выпускных газов. Была поставлена задача использовать первый параметр для организации процесса разгона путем введения в ре­гулятор системы ограничения мощности и подачи топлива в за­висимости от давления наддува. Такое устройство было разработа­но, испытано, а с 1978 г. введено в серию.

Схема регулятора 3-7РС2 с устройством ограничения подачи топлива по давлению наддува приведена на рис. 87. В сравнении со схемой, показанной на рис. 85, здесь несколько изменилась рычажная система от вала 1 управления подачей топлива к пор­шню 13 управления частотой и золотнику 5 регулятора мощности без изменения принципа ее действия, появился новый узел — гидроусилитель ГУ и рычажная система механизма ограничения подачи топлива в зависимости от давления наддува, связывающая вал 1 подачи топлива с тарелкой 7 штока золотника регулятора частоты и гидроусилителем ГУ (детали 2, 4, 10, 11, 12). В ци­линдре дополнительного поршня изображен буферный поршень, упоминавшийся ранее. Остальные узлы регулятора по принципу их работы остались без изменений.

Принцип действия системы ограничения подачи топлива состоит в следующем. Выход штока 12 гидроусилителя влево пропорционален давлению наддува. При отсутствии давления наддува шток 12 до упора вдвинут в корпус гидроусилителя. На установившемся режиме работы дизеля механизм не воздействует на регулятор ввиду наличия зазора «б» между тарелкой 7 золотника регулятора частоты и рычагом 4 и зазора а между винтом 11 и рычагом 9 регулятора нагрузки. Зазор «а» определяет момент вступления в действие ограничения задания мощности на регуля­тор мощности, а зазор «б» — момент вступления в действие ограни­чения подачи топлива. В случае резкого изменения задания ча­стоты (перевод контроллера на высокие позиции) поршень 13 управления частотой идет вниз, увеличивая через регулятор ча­стоту вращения вала дизеля. Как уже описывалось выше, при этом и на регулятор мощности поступает сигнал на увеличение мощ­ности, поскольку ролик 8 следует за этим поршнем, рычаг 9 поворачивается против часовой стрелки и через рычаг 3 воздейст­вует на золотник 5, поднимая его вверх. Однако следует иметь в виду, что параллельное ростом частоты вращения дизеля в тепло­возной электросхеме регулирования растет уровень задания мощ­ности по сигналу БЗВ (см. рис. 83).

Это приводит к росту нагруз­ки, повороту вала 1 также против часовой стрелки и опусканию левого конца рычага 3. В этот период зазор «а» выбирается, рычаг 9 упирается правым плечом в винт 11 и останавливается, оторвав ролик 8 от поршня управления частотой. Если при этом вал 1 продолжает поворот в сторону увеличения нагрузки, то золотник 5 начинает двигаться вниз, что, как уже указывалось, приводит к уменьшению нагрузки дизеля через регулятор мощности.

Таким образом, с момента выбора зазора «а» механизм ограниче­ния подачи топлива действует через регулятор мощности и ин­дуктивный датчик и ограничивает в возможных для него пределах нагрузку на дизель. Если его предела регулирования достаточно, то он ограничивает мощность дизеля, пока турбокомпрессор не разовьет нужной частоты вращения и давление наддува не начнет расти. По мере роста давления наддува шток 12 начнет выдвигать­ся влево, винт 11 будет смещаться вверх, позволяя регулятору мощности постепенно — в соответствии с ростом давления над­дува — повышать уровень мощности дизеля. Наконец, когда давление наддува поднимется достаточно высоко, между винтом 11 и рычагом 9 вновь появится зазор «а» и механизм ограничения вы­ключится из работы.

Если набор нагрузки контроллером окажется настолько большим, что индуктивный датчик выйдет на упор минимальной нагрузки, винт 11 будет упираться в рычаг 9, а вал 1 управления подачей топлива будет продолжать поворачиваться в сторону увеличения нагрузки, то зазор «б» под тарелкой 7 исчезнет и в ра­боту вступит ограничение подачи топлива. Возникнет кинемати­ческая связь между рычагом 4, золотником 6 и штоком 12: при повороте вала 1 на увеличение подачи топлива более допустимой величины рычаг 4 за тарелку 7 приподнимет золотник 6, что при­ведет к перемещению силового поршня вверх на уменьшение по­дачи топлива до момента возврата золотника 6 в среднее поло­жение. По мере роста давления наддува шток 12 гидроусилителя будет выдвигаться влево, ввиду чего положение вала 1, соответ­ствующее моменту выборки зазора «б», будет смещаться в сторону увеличения подачи топлива, т. е. каждому давлению наддува будет соответствовать своя предельная подача топлива. Далее по мере разгона турбокомпрессора и соответствующего роста дав­ления наддува, а также выхода дизеля на заданную частоту ввиду остановки в требуемом положении вала 1 и выдвижения штока 12 влево появится зазор «б» и отключится система ограничения подачи топлива, затем появится и зазор «а» — отключится система ограничения мощности и регулятор мощности плавно, с минимального упора вступит в работу, догружая дизель до требуемой мощности.

Проведенные исследования показали, что оптимальная харак­теристика ограничения нагрузки (подача топлива) по давлению наддува нелинейна. Для ее реализации в гидроусилитель ГУ было введено специальное устройство.

Чувствительным элементом гидроусилителя (рис. 88) является мембранный блок 3, в который подается давление из воздушного ресивера дизеля.

В блок упирается золотник 1, поджимаемый влево давлением масла из масляной системы регулятора. Поло­жение блока определяется суммой действующих на него усилий от давления в ресивере, сжатия пружин уравновешивающей 9, обратной связи 5 и 7 золотника. Силовой поршень 6 гидроуси­лителя управляется золотником 1. При нарушении равновесия на мембранном блоке 3, например, при повышении давления в ре­сивере дизеля блок смещается с золотником 1 вправо, золотник соединяет полость «а» со сливной магистралью и поршень переме­щается влево под действием пружин 5 и 7. В момент, когда умень­шившееся усилие пружин 5 и 7 и увеличившееся усилие пружины 9 компенсируют повышение давления в камере мембранного блока 3, блок с золотником возвратятся в среднее положение, окно во втулке 2 окажется перекрытым и поршень 6 остановится. Таким образом, каждому давлению в ресивере будет соответствовать определенное положение поршня 6. Гидроусилитель работает как следящий серводвигатель, с силовой обратной связью.

По мере роста давления наддува поршень 6 движется влево по зависимости, определяемой суммарной податливостью пру­жин 5 и 7. Начиная с некоторого давления, тарелка 8 опуска­ется на упор 4 поршня и пружина 7 выключается из работы. Дальнейшее перемещение поршня при росте давления наддува будет определяться податливостью только одной пружины 5, т. е. он будет перемещаться на меньшую величину при таком же изменении давления наддува. Таким образом, по мере повышения давления наддува вначале допустимая подача топлива растет бы­стро, а с некоторого значения давления — более медленно. Ха­рактеристика гидроусилителя и определяемая им характерис­тика ограничения мощности и подачи топлива по давлению над­дува имеют излом.

Введение регулятора со встроенной системой ограничения подачи топлива по давлению наддува по-новому поставило воп­рос о соединении выходного вала этого регулятора с тягами уп­равления подачей топлива. Ранее в передаче имелась лишь одна регулируемая тяга, с помощью которой достаточно грубо совме­щалось нулевое положение выходного вала регулятора с нулевым положением реек топливных насосов, поскольку и этот вал, и насосы имеют значительные запасы по ходу на отключение. При введении системы ограничения встала задача точного согласова­ния не только нулевых, но и номинальных положений обоих механизмов, так как от этого зависит реализация требуемого закона ограничения. Для этой цели на внешней стороне регулятора, на свободном конце вала управления топливными насосами был установлен рычаг-указатель 6, на корпусе регулятора установи лены в. характерных точках контрольные штифты 2, 3, 4 и 5 (рис. 89). На радиусе размещения штифтов в рычаге выполнена прорезь, через которую проходят головки штифтов при повороте рычага. При сборке регулятора положение рычага указателя точ­но согласуется с положением поршней регулятора. В дальнейшем характерные положения поршня в регуляторе можно определять по толщине щупа, проходящего между боковой стороной рычага и соответствующим штифтом.

Для согласования положений тяг с положениями вала регу­лятора в рычажную передачу, кроме переменной по длине тяги 7, был введен рычаг с регулируемым плечом.