Всережимный регулятор частоты вращения коленчатого вала двигателя размещен в развале корпуса топливного насоса высокого давления и приводится в действие от его кулачкового вала; предназначен для автоматического поддержания любого скоростного режима от минимального до максимального.
Работа регулятора основана на использовании центробежных сил. Например, при возникновении дополнительного сопротивления движению автомобиля (на подъеме) частота вращения коленчатого вала будет уменьшаться, а скорость автомобиля — падать.
Чтобы поддержать их на заданном уровне, необходимо повысить крутящий момент двигателя. Это может быть достигнуто увеличением количества топлива, впрыскиваемого в цилиндры двигателя.
Всережимный регулятор воспринимает снижение частоты вращения вала и автоматически увеличивает подачу топлива насосом высокого давления, благодаря чему скорость автомобиля восстанавливается до заданного значения.
Аналогичным образом всережимный регулятор изменяет подачу топлива при уменьшении нагрузки на двигатель, только в этом случае управляющее воздействие регулятора сводится к уменьшению количества впрыскиваемого топлива.
В результате при снижении нагрузки на двигатель происходит уменьшение скорости движения и доведение ее до заданного уровня.
Частоту вращения коленчатого вала, поддерживаемую регулятором при полной мощности дизеля, называют номинальной. Ей соответствует положение рычага 1 (рис.) управления
регулятором при упоре в болт 7. Если при таком положении рычага снять нагрузку, дизель будет развивать максимальную частоту вращения холостого хода.
Перемещая рычаг управления регулятором по часовой стрелке, можно добиться минимальной частоты вращения холостого хода. Ей соответствует положение рычага при упоре в болт 2.
Ограничение максимальной частоты вращения коленчатого вала вызвано необходимостью предохранения двигателя от поломок из-за чрезмерных нагрузок, а ограничение слишком малой частоты вращения обусловлено ухудшением подачи топлива и смесеобразования, которое может вызвать внезапную остановку двигателя.
Устроен всережимный регулятор частоты вращения (рис. 2) следующим образом.
В задней крышке 10 регулятора расположена повышающая в 2,33 раза передача, состоящая из ведущей 2, промежуточной 8 и ведомой шестерен.
Ведущая шестерня установлена на кулачковом вале ТНВД, вращение на нее передается от вала через демпфер, включающий в себя резиновые сухари 3.
Сухари служат упругим звеном, которое сглаживает высокочастотные колебания кулачкового вала и таким образом позволяет грузам регулятора вращаться равномерно.
Ведомая шестерня выполнена как одно целое с державкой 15 грузов, вращающейся на подшипниках 11 и 12.
Применение повышающей передачи- улучшает работу регулятора при малой частоте вращения коленчатого вала.
В державку 15 грузов запрессованы две оси 13, на которые шарнирно установлены грузы 18.
В осевое сверление державки входит своим сферическим кольцом муфта 17 грузов.
С другой стороны муфты имеется осевое отверстие, в которое цилиндрической частью входит упорная пята 19, в свою очередь шарнирно соединенная пальцем 20 с рычагом 29 рейки.
Пальцем 31 рычаг рейки связан с рычагом 32 муфты и штифтом с рейкой 34. Штифтом 30 рычаг 29 также связан с рычагом 21 останова.
Рычаг 33 регулятора шарнирно закреплен на оси 41.
Главная пружина 37 регулятора соединяет рычаг 33 с внутренним рычагом 23, на котором установлен валик 22, заканчивающийся наружным рычагом управления регулятором.
Поворот рычага 33 в сторону уменьшения натяжения пружины 37 ограничен головкой регулировочного болта 28 номинальной подачи топлива.
На оси 24 рычага 23 также шарнирно установлен рычаг 36 стартовой пружины, которая соединяет рычаг 36 с равноплечим рычагом 40 реек.
При работе двигателя грузы 18, качающиеся на осях 13, под действием центробежных сил расходятся и своими внутренними рычагами через упорный подшипник 16 перемещают муфту 17.
Это перемещение через пяту 19 и рычаг 33 передается рейке 34 топливного насоса.
Между рычагом 32 муфты и рычагом 29 рейки расположен обратный корректор, который уменьшает подачу топлива при снижении частоты вращения коленчатого вала в диапазоне низких частот вращения, снижая таким образом дымность отработавших газов.
Он состоит из штока 19, который зафиксирован на рычаге рейки.
С рычагом муфты шток соединен корончатой гайкой 10, которая фиксируется относительно штока 19 шплинтом после регулирования хода обратного корректора.
Ход обратного корректора определяется зазором А между рычагом рейки и рычагом муфты.
Гайка 15 служит для регулирования предварительного сжатия пружины 14. Она перемещается на штоке 19 при его вращении.
Прямой корректор установлен на рычаге регулятора и предназначен для увеличения подачи топлива при снижении частоты вращения коленчатого вала в диапазоне средних частот вращения и, следовательно, для обеспечения необходимого запаса крутящего момента на внешней скоростной характеристике двигателя.
Прямой корректор состоит из корпуса 4, в который установлены пружина 8 и шток 7.
Шток на корпусе фиксируется корончатой гайкой 6, застопоренной шплинтом.
Собранный в таком виде корректор вворачивается в рычаг регулятора и стопорится от выворачивания гайкой 3. На различных режимах работы двигателя регулятор действует следующим образом.
При пуске двигателя рычаг останова 3 должен быть в свободном положении, тогда он под действием пружины повернется до упора в болт 5 пусковой подачи топлива. При этом грузы регулятора находятся в сведенном состоянии.
При нажатии на рычаг 11 (рис.) управления регулятором поворачивается рычаг 7 пружины и выступом за штифт поворачивает рычаг 9 стартовой пружины 10, которая деформируется и перемещает промежуточный рычаг 6 реек, а вместе с ним рейки и рычаг 2 муфты в положение пусковой подачи.
При этом рычаг муфты грузов отходит от рычага 5 регулятора, который упирается в винт номинальной подачи, и между ними образуется зазор, равный ходу муфты на старт.
В момент пуска, при увеличении частоты вращения вала ТНВД, центробежная сила грузов, преодолевая усилие стартовой пружины, перемещает муфту, рычаг и рейки в сторону уменьшения подачи топлива до упора в рычаг регулятора, который прижат его главной пружиной к винту номинальной подачи, поэтому дальнейшее перемещение рычага муфты прекращается, пусковая подача полностью отключается.
Конструкция пускового устройства позволяет включать пусковую подачу топлива на остановленном двигателе при нажатии на педаль управления подачей топлива (рычаг управления).
На работающем двигателе включение пусковой подачи практически невозможно, так как для этого необходимо при полностью нажатой педали уменьшить частоту вращения коленчатого вала двигателя до 600. 700 об/мин, что в реальных условиях эксплуатации автомобиля недостижимо.
После отключения пусковой подачи топлива центробежная сила грузов будет расти с увеличением частоты вращения коленчатого вала, но рейки регулятора перемещаться не будут, так как предварительное натяжение его главной пружины очень велико.
При работе двигателя на холостом ходу если он не загружен, а рычаг 1 управления регулятором прижат к болту 7, коленчатый вал набирает частоту вращения вплоть до максимальной. При этом происходит следующее.
По достижении двигателем частоты вращения 1200 об/мин в работу вступает обратный корректор.
Центробежная сила грузов преодолевает усилие пружины обратного корректора, которая отрегулирована с предварительным сжатием, а рычаг рейки поворачивается вокруг пальца 21 (см. рис.).
Один конец рычага рейки будет сжимать пружину корректора, а другой — двигать рейку на увеличение подачи.
При частоте вращения 1700 об/мин зазор А между рычагом рейки и рычагом муфты грузов исчезнет и оба рычага будут действовать как одно целое.
Когда частота вращения коленчатого вала достигает 1800 об/мин, в работу вступает прямой корректор.
Центробежная сила грузов становится такой, что преодолевает усилие, которое создано пружиной прямого корректора, устанавливаемой с предварительным сжатием.
Зазор, существующий между рычагом муфты грузов и рычагом регулятора, начинает уменьшаться, а рычаг рейки будет двигать ее в сторону уменьшения подачи.
Когда частота вращения коленчатого вала двигателя станет равной 2200 об/мин, зазор Б исчезнет и рычаги 1, 9 и 2 начинают действовать как одно целое. При этом рейки займут положение, соответствующее номинальной подаче топлива.
В этом положении рейки будут находиться до тех пор, пока центробежная сила грузов не сможет преодолеть усилие, создаваемое главной пружиной регулятора.
Затем центробежная сила грузов через рычаг рейки и рычаг муфты поворачивает рычаг регулятора и растягивает главную пружину до тех пор, пока рейки не займут положения, которое соответствует максимальной частоте вращения холостого хода.
При дальнейшем увеличении частоты вращения грузы разовьют такую центробежную силу, что рычаги установят рейки в положение выключенной подачи.
По мере увеличения нагрузки от холостого хода до номинальной (полной) частота вращения коленчатого вала и вала насоса уменьшается. Главная пружина перемещает рычаги, а с ними и рейку насоса в сторону увеличения подачи топлива.
В этом положении устанавливается подвижное равновесие центробежной силы грузов и силы главной пружины регулятора.
Автоматическое поддержание заданной частоты вращения коленчатого вала, а следовательно, и скорости автомобиля при возрастании нагрузки без переключения передач возможно до тех пор, пока рычаг регулятора не упрется в болт регулирования номинальной подачи.
Если после этого нагрузка продолжает возрастать, то частота вращения коленчатого вала будет снижаться.
Дальнейшее движение автомобиля при возрастании нагрузки может быть осуществлено лишь включением понижающей передачи в коробке передач.
ТНВД семейства 323, 324 – это топливные насосы высокого давления с V-образным расположением секций и межсекционным расстоянием 36 мм.
Насосы, данного семейства, комплектуются механическим всережимным регулятором с прямым и обратным корректором. ТНВД мод.324 комплектуются также корректором по давлению наддува.
Корректор надувочного воздуха изменяет количество подаваемого в цилиндры топлива в зависимости от давления наддувочного воздуха – размещен на корпусе регулятора.
Регулятор частоты вращения (рис. 40) всережимный, прямого действия, изменяет количество топлива, подаваемого в цилиндр в зависимости от нагрузки, поддерживая заданную частоту. Регулятор установлен в развале корпуса топливного насоса высокого давления. На кулачковом валу насоса установлена ведущая шестерня 21 регулятора, вращение на которую передается через резиновые сухари 22. Ведомая шестерня выполнена заодно с державкой 9 грузов, вращающейся на двух шарикоподшипниках. При вращении державки грузы 13, качающиеся на осях 10, под действием центробежных сил расходятся и через упорный подшипник 11 перемещают муфту 12. Муфта, упираясь в палец 14, в свою очередь перемещает рычаг 82 муфты грузов. Рычаг 32 одним концом закреплен на оси 33, а другим — через штифт соединен с рейкой 27 топливного насоса. На оси 33 закреплен рычаг 31, другой конец которого перемещается до упора в регулировочный болт 24 подачи топлива. Рычаг 32 передает усилие рычагу 31 через корректор 15.
Рычаг 1 управления подачи топлива (рис. 41) жестко связан с рычагом 20 (см. рис. 40). К рычагам 20, 31 присоединена пружина 26, к рычагам 25, 30— стартовая пружина 28.
Во время работы регулятора в определенном режиме центробежные силы грузов уравновешены усилием пружины 26. При увеличении частоты вращения коленчатого вала регулятора, преодолевая сопротивление пружины 26, грузы перемещают рычаг 32 регулятора с рейкой топливного насоса — подача топлива уменьшается. При уменьшении частоты вращения коленчатого вала центробежная сила грузов уменьшается, и рычаг 32 регулятора с рейкой топливного насоса под действием усилия пружины переме-
щается в обратном направлении—подача топлива и частота вращения коленчатого вала увеличиваются.
Подача топлива выключается поворотом рычага 3 останова (см. рис. 41) до упора в болт 6, при этом рычаг 3, преодолев усилие пружины 26 (см. рис. 40), через штифт 29 повернет рычаги 31 и 32; рейка переместится до полного выключения подачи топлива. При снятии усилия с рычага останова под действием пружины рычаг возвратится в рабочее положение, а стартовая пружина 16 через рычаг 30 вернет рейку топливного насоса в положение максимальной подачи топлива, необходимой для пуска.
Система питания дизельного двигателя
Регуляторы частоты вращения
Работа дизелей, оснащенных ТНВД плунжерного типа, характеризуется крайне неустойчивой частотой вращения. Во время работы машины нагрузка постоянно меняется и соответственно меняется нагрузка на двигатель. Характер изменения нагрузки может быть достаточно интенсивным: от резкого увеличения, например, при разгоне или движении на подъем (наброс нагрузки), до резкого снижения, например, при движении на спуске (сброс нагрузки).
Так, при резком снижении внешней нагрузки дизеля частота вращения коленчатого вала увеличивается, что вызывает увеличение цикловой подачи топлива.
Это происходит вследствие сокращения времени прохождения плунжером окон втулки и соответственно сокращения количества вытесняемого топлива из надплунжерного пространства через эти окна.
Кроме того, регулятор опережения впрыска топлива при увеличении оборотов корректирует начало подачи и, таким образом, обороты двигателя прогрессирующе возрастают.
Данное явление тем более характерно, чем меньше активный ход плунжера. Возрастание цикловой подачи приводит к дальнейшему росту частоты вращения клеенчатого вала, и если нагрузка не увеличится, то это может привести к "разносу" двигателя (саморазрушению)
Увеличение внешней нагрузки двигателя и снижение вследствие этого частоты вращения коленчатого вала, наоборот, приводит к увеличению количества перетекающего топлива в окна втулки и соответственно к сокращению поданного количества топлива через штуцер к форсунке.
Поэтому дизели при возрастании внешней нагрузки склонны к останову.
Водитель не всегда может среагировать на колебания нагрузки, поэтому данную функцию выполняют специальные следящие устройства – регуляторы частоты вращения , предназначенные для автоматического поддержания частоты вращения коленчатого вала в заданных пределах.
Регуляторы частоты вращения классифицируют:
- по воздействию на орган управления – прямого и непрямого действия;
- по поддержанию заданного режима – одно-, двух- и всережимные.
Регуляторы прямого действия воздествуют непосредственно на орган управления подачей топлива (рейку ТНВД или дроссельную заслонку карбюратора). Регуляторы непрямого действия воздействуют на них через дополнительную систему – электрический или гидравлический усилитель.
Однорежимные регуляторы поддерживают только один скоростной режим, чаще всего максимальный, не позволяя двигателю превышать предельно допустимые обороты и работать вразнос.
На автомобильных двигателях регуляторы должны ограничивать, как минимум, максимальную и минимальную частоты вращения коленчатого вала. Такие регуляторы называются двухрежимными.
На отечественных дизелях используются всережимные регуляторы частоты вращения, которые автоматически поддерживают заданную водителем частоту вращения коленчатого вала на всем диапазоне нагрузок.
Всережимный регулятор частоты вращения
Всережимные регуляторы частоты вращения устанавливаются на двигателям марок «ЯМЗ», «КамАЗ», двигателе ММЗ Д-235.12 (автомобиль ЗИЛ-5301 «Бычок»).
На рисунке 1 приведена конструкция регулятора двигателя ЯМЗ-238 и схема его работы.
Данный регулятор устанавливается на заднем торце топливного насоса высокого давления (ТНВД). Ведущее зубчатое колесо 1 регулятора приводится во вращение от кулачкового вала топливного насоса через резиновые сухари 27, которые в ней установлены. Резиновые сухари поглощают ударные нагрузки при резком изменении частоты вращения. Ведомое зубчатое колесо 3 установлено в корпусе 4 на двух шариковых подшипниках.
Ведущее и ведомое зубчатые колеса образуют повышенную передачу с целью увеличения чувствительности регулятора. Ведомое зубчатое колесо изготовлено заодно с валиком, на который напрессована державка 5.
На осях державки шарнирно закреплены два грузика 29, которые своими роликами упираются в торец муфты 26, которая через радиально-упорный подшипник и пяту 25 передает усилие силовому рычагу 19, подвешенному на оси 13.
Пята регулятора с помощью рычага 20 и тяги 11 связана с рейкой 6 топливного насоса, которая при расхождении грузиков перемещается в сторону уменьшения подачи топлива. В верхней части к рычагу 20 присоединена пружина 8, а в нижней части рычага запрессован палец 23, который входит в паз кулисы 24. Кулиса соединяется со скобой 21 останова двигателя через распложенную внутри кулисы пружину, предохраняющую механизм регулятора от чрезмерных усилий при выключении подачи топлива.
Пружина 14 регулятора одним концом соединена с рычагом 12, который жестко связан с рычагом 9 управления регулятором, а вторым – с двуплечим рычагом 15. Усилие пружины передается с двуплечего рычага на винт 16.
Регулятор работает следующим образом.
При вращении кулачкового вала ТНВД и валика с державкой 5 центробежная сила грузиков 29 стремится развести их в стороны и через ролики 30 переместить муфту 26 с пятой 25 вправо. Этому препятствует пружина 14, которая тянет нижнее плечо рычага 15 вверх и через винт 16 и рычаг 19 отжимает пяту 25 влево.
Таким образом, на муфту 26 и пяту действует две силы: направленная вправо центробежная сила грузиков и направленная влево сила, создаваемая пружиной 14.
При определенном натяжении пружины развивается частота вращения, при которой эти две силы взаимно уравновешиваются. Тогда все подвижные детали регулятора (грузики, муфта, пята, рычаги 15, 19 и 20, тяга 11), а также рейка 6 и плунжеры занимают положение, обеспечивающее работу двигателя с заданной частотой вращения.
Если нагрузка на двигатель уменьшится (например, при движении автомобиля под уклон), частота вращения коленчатого вала начнет возрастать и увеличивающаяся сила грузиков передвигает муфту с пятой вправо (при этом пружина, натянутая водителем через рычаги 9 и 12, еще больше растянется). Пята повернет рычаг 20 по часовой стрелке, и тяга 11 выдвинет рейку из корпуса ТНВД, рейка повернет плунжеры, и подача топлива уменьшится, что приведет к уменьшению частоты вращения коленчатого вала двигателя.
Если нагрузка увеличится (автомобиль движется на подъем или по труднопроходимому участку местности), частота вращения коленчатого вала начнет падать и вместе с тем уменьшаться центробежная сила грузиков, а так как сила натяжения пружины заданная водителем остается неизменной, то ее усилия становится достаточно, чтобы передвинуть рейку ТНВД в сторону увеличения подачи топлива.
В результате увеличения подачи топлива частота вращения коленчатого вала сохраняется и будет таким образом поддерживаться постоянной при заданном водителем через педаль управления положении рейки насоса.
Водитель может по своему усмотрению изменить частоту вращения коленчатого вала, а значит, и скорость движения автомобиля с помощью педали управления подачей топлива, установленной в кабине. При нажатии на педаль система тяг и рычагов перемещает тягу 28 влево, рычаг 9 поворачивает валик с рычагом 12 против часовой стрелки и сильнее натягивает пружину 14.
Усилием пружины детали 15 и 19 перемещают пяту 25 и рычаг 20 влево, и рейка перемещается влево (в сторону увеличения подачи топлива), в результате чего частота вращения увеличивается.
Когда водитель освобождает педаль подачи топлива полностью, двигатель работает на режиме холостого хода. Натяжение пружины 14 регулятора на этом режиме регулируется винтами 16 и 17.
Чтобы заглушить двигатель, водитель должен вытянуть кнопку «стоп», расположенную в его кабине. Тогда трос, на конце которого закреплена кнопка, повернет скобу 21 с кулисой 24 в положение, показанное на рис. 2, б штрихпунктирной с двумя точками линией, а кулиса поворачивает рычаг 20 вокруг его оси, закрепленной в пяте 25. Нижний конец рычага 20 переместится влево, верхний конец его переместит рейку еще немного назад и подача топлива в цилиндры прекратится.
Регулятор ТНВД серии 33
Регулятор насоса серии 33 (двигатель КамАЗ-740) скомпонован в развале секций насоса (внешний вид регулятора КамАЗ-740 на рисунке в верху страницы).
Привод вала регулятора – от вала насоса через три шестерни, ведущая из которых соединена с валом насоса через резиновые сухари.
На валу регулятора отлита крестовина 2 (рис. 3), на котором шарнирно закреплены двуплечие рычаги с грузами 3. Одни из плеч рычагов упираются в муфту 4, а она – в промежуточный рычаг 5, управляющий верхней рейкой 1. Этот рычаг установлен на одном шарнире с главным рычагом 6, на который воздействует главная пружина 9.
Рейка нижнего (левого) ряда перемещается коромыслом 18 в обратную сторону. Регулятор имеет корректор и пружину обогатителя.
Работа этого регулятора (рис. 3, в) аналогична работе рассмотренного выше всережимного регулятора двигателя ЯМЗ-238.
Двухрежимный регулятор частоты вращения
Особенностью двухрежимного регулятора частоты вращения (рис. 2) заключается в том, что при работе дизеля на малых частотах вращения коленчатого вала грузики 6 уравновешиваются только внешней пружиной 2. Любое изменение частоты вращения нарушит равновесие между центробежной силой грузиков 6 и усилием пружины 2, что приведет к перемещению муфты 5 и рейки 4 в сторону увеличения или уменьшения подачи топлива.
В результате частота вращения будет удерживаться в заданном диапазоне.
При переходе на режим частичных нагрузок водитель, воздействуя на педаль управления подачей топлива, увеличивает частоту вращения коленчатого вала. При этом грузики расходятся и, преодолевая сопротивление внешней пружины, доводят муфту 5 до соприкосновения с внутренней пружиной 3.
Однако пружина 3 имеет значительную жесткость и установлена с предварительной деформацией, поэтому в дальнейшем регулятор исключается из работы, так как грузики не могут преодолеть совместное сопротивление двух пружин, а перемещение рейки ТНВД происходит непосредственно под воздействием водителя на педаль, систему тяг, рычага 1 и рейки 4.
При достижении предельной частоты вращения центробежной силы грузиков становится достаточно для преодоления сопротивления пружин, и регулятор снова включается в работу.
В результате муфта 5 и рейка 4 перемещаются в сторону уменьшения цикловой подачи топлива.
На рис. 4 показан двухрежимный регулятор частоты вращения, устанавливаемый на двигателе ЗИЛ-645. Регулятор обеспечивает устойчивую работу на холостом ходу при частоте вращения коленчатого вала 600…650 об/мин.
Регулятор имеет два цилиндрических пустотелых грузика 13, установленных на крестовине 14. Внутри каждого грузика находятся пружины: наружная пружина для ограничения частоты вращения холостого хода и внутренняя для ограничения максимальной частоты вращения; тарелки 20 пружин с регулировочной гайкой.
При неподвижном коленчатом вале грузики прижаты пружинами к крестовине. Во время вращения коленчатого вала грузики под действием центробежных сил расходятся, сжимая наружную пружину. При этом угловой рычаг 10 перемещает ползун 9 углового рычага влево, который при помощи оси 8 кулисы выдвинет рейку насоса вправо, уменьшая подачу топлива и ограничивая частоту вращения коленчатого вала.
Если частота вращения коленчатого вала станет меньше 650 об/мин, регулятор начнет задвигать рейку, увеличивая подачу топлива. Таким образом, на холостом ходу ползун непрерывно перемещается, вследствие чего изменяется подача топлива и поддерживается заданная частота вращения.
При достижении частоты вращения 2850 об/мин центробежная сила грузиков начнет преодолевать сопротивление пружин, под действием системы рычагов рейка перемещается, уменьшая подачу топлива и частоту вращения коленчатого вала. На этом режиме ползун также перемещается, в результате чего частота вращения составляет 2850…2950 об/мин.
Между минимальным и максимальным значениями частоты вращения изменение подачи топлива осуществляется рычагом управления подачей топлива, связанным с педалью подачи топлива.