Меню раздела

Ограничители максимальной частоты вращения карбюраторных двигателей


Работа двигателя при частоте вращения вала, превышающей номинальную, приводит к увеличению износа его деталей, а также к повышению расхода топлива и масла. Поэтому карбюраторные двигатели часто снабжают специальными регуляторами (ограничителями), ограничивающими максимальную частоту вращения вала двигателя. Особенно широко ограничители применяют на автомобильных карбюраторных двигателях. Необходимость их установки обусловлена все возрастающими скоростями движения автомобилей и частотой вращения вала двигателя.
Скоростные ограничители максимальной частоты вращения начинают работать под действием скоростного напора и перепада статических давлений смеси на дроссельную или дополнительную заслонку, устанавливаемую между карбюратором и впускным трубопроводом двигателя.
Центробежные ограничители действуют на дроссельную или дополнительную заслонку через систему тяг и рычагов или при помощи другого исполнительного механизма.
К ограничителю карбюраторного двигателя предъявляют следующие основные требования: 1) плавное включение и выключение; 2) минимальная потеря мощности двигателя при установке ограничителя; 3) перепад частот вращения вала на режимах максимальной мощности и холостого хода не должен превышать определенного значения; 4) достаточно точное ограничение максимальной частоты вращения вала на режиме холостого хода; 5) стабильность работы (исключение самопроизвольного изменения частоты вращения вала двигателя); 6) легкость регулирования; 7) возможность настройки на разную частоту вращения вала.
В скоростном ограничителе функции чувствительного элемента выполняет заслонка. В отдельных конструкциях (например, карбюраторы К-49, МКЗ-14В, К-80 и др.) заслонка ограничителя является одновременно и дроссельной заслонкой карбюратора (рис. 90). Это делают в основном для того, чтобы не увеличивать высоту расположения карбюратора. Однако у таких ограничителей заслонка имеет сложную форму, и в случае установки карбюратора без ограничителя требуется изменение его конструкции. Поэтому лучшими конструкциями следует считать такие, у которых ограничитель имеет специальную плоскую заслонку, расположенную в отдельном корпусе (рис. 91). Подобное устройство применяют в карбюраторах типа К-82, К-84, К-104, К-126 и др.
Заслонку скоростного ограничителя помещают на оси, смещенной относительно оси патрубка на 2-3,5 мм, так что под воздействием скоростного напора смеси и статического перепада давлений она стремится закрыться, чему препятствует пружина. По мере прикрытия заслонки увеличивается площадь, на которую действует скоростной напор, и одновременно возрастает перепад давлений до и после заслонки. Вследствие этого заслонка поворачивается со все возрастающей угловой скоростью, что обусловливает излишне высокую чувствительность ограничителя и затрудняет остановку заслонки в нужном положении. Кроме того, при слишком высокой чувствительности ограничителя заслонка будет непрерывно качаться на оси в результате малейших изменений скорости потока смеси. Это ускоряет изнашивание подшипников оси, а следовательно, приводит к нарушению точности регулирования.
При работе двигателя равновесное положение заслонки ограничителя определяется действующими на заслонку моментом силы натяжения пружины и моментами сил, создаваемых скоростным напором и перепадом давления. Для того чтобы заслонка вначале поворачивалась быстро, а при приближении к нужному положению - замедленно, необходимо следующее.
1.            Вынести точку присоединения подвижной серьги (через которую пружина соединяется с заслонкой или с промежуточной деталью) к заслонке из средней плоскости ее по направлению к пружине и ограничить перемещение серьги упором на заслонке (ограничители карбюратора К-49, К-80 и др.).
2. Использовать рессорную пружину вместо цилиндрической винтовой. Сила, создаваемая такой пружиной, увеличивается прямо пропорционально росту скоростного напора на заслонку по мере ее прикрывания, что обеспечивает достаточно плавное поворачивание ее. Дополнительным преимуществом рессорной пружины является также то, что в случае поломки одною листа ограничитель не выходит из строя.
3. Соединить ось заслонки ограничителя с цилиндрической пружиной при помощи кулачка специального профиля и ленточной тяги. Последнюю одним концом крепят к пружине, а другим к кулачку. Тогда по мере поворота заслонки поворачивается кулачок, вследствие чего увеличивается плечо приложения силы пружины, а следовательно, и ее момент. Ленточную тягу следует изготовлять из очень гибкой стали, способной выдерживать большое число (10 млн. и более) изгибов без усталостных поломок. Такое присоединение используют в ограничителях карбюраторов типа К-82, К-84 и др. Тягу в этих ограничителях изготовляют из ленточной стали У8А толщиной 0,1 мм.
Чтобы получить момент, необходимый для преодоления трения в подшипниках оси при открывании заслонки, последнюю устанавливают с некоторым начальным углом, составляющим около 15% максимального угла прикрытия заслонки (например, в карбюраторах К-80, К-82 и К-84 этот угол равен 9°), или применяют заслонку более сложной формы (например, в карбюраторах К-49, МКЗ-14В и др. плоскость, на которую набегает поток смеси, наклонена под углом 12-15° к нему). Кроме того, для уменьшения трения ось заслонки (или заслонку на оси) устанавливают на подшипниках качения (как правило, игольчатых).
Четкость фиксирования положения заслонки улучшается, если в ее привод ввести пневматический усилитель поршневого или диафрагменного типа. Пневматический усилитель поршневого типа имеют ограничители карбюраторов К-82 и К-84. На одну сторону поршня усилителя действует атмосферное давление, а на другую-давление во впускном трубопроводе двигателя. Чтобы в усилитель не попадала пыль, его полость соединяют с атмосферой через фильтр (карбюратор К-82) или с пространством после воздушного фильтра (карбюратор К-84).
Для обеспечения надежной работы детали ограничителей делают из коррозионно-стойких материалов или применяют антикоррозионные покрытия (цинком, хромом и т. п.). Заслонку ограничителя изготовляют из латуни или оцинкованной стали 10, корпус и крышку-из алюминиевого или цинкового сплава, кулачки-из цинкового сплава, поршень усилителя-из стали 08, а затем хромируют.
На стабильность характеристики скоростного ограничителя максимальной частоты вращения вала влияют параметры окружающей среды, силы трения в его механизме, а также изменение сопротивления впускной системы (ее части до ограничителя). При понижении наружного давления или увеличении сопротивления воздушного фильтра уменьшается кинетическая энергия потока, а следовательно, и момент, поворачивающий заслонку. Это приводит к запаздыванию действия ограничителя, т.е. он включается в работу при более высокой частоте вращения вала, чем расчетная.
Наличие сил трения в механизме ограничителя увеличивает частоту вращения вала двигателя, при которой начинает работать ограничитель. Кроме того, изменение сил трения также приводит к колебаниям заданной частоты вращения и нарушению стабильности действия ограничителя. Для облегчения трогания с места, уменьшения запаздывания включения и понижения чувствительности ограничителя к изменению сил трения в нем необходимо следующее:
1) устанавливать ось заслонки на подшипниках качения, хорошо обрабатывать трущиеся поверхности, применять антикоррозионные покрытия деталей и т.п.;
2) выбирать не слишком малый начальный угол положения заслонки или применять заслонку со скошенной под углом площадкой, направленной навстречу набегающему потоку;
3) увеличивать расстояние от точки крепления пружины к заслонке до оси вращения последней, что уменьшает необходимое усилие пружины;
4) увеличивать эксцентриситет заслонки, что обусловливает уменьшение давления смеси на заслонку для получения необходимого поворачивающего момента.
Конструкция крепления пружины должна быть такой, чтобы можно было изменять не только натяжение пружины, но и ее жесткость путем увеличения или уменьшения числа рабочих витков. Обычно для изменения числа рабочих витков пружины применяют регулировочный винт со штифтом или со специальной резьбой (штифт или выступы резьбы входят в зазор между витками пружины). Натяжение пружины изменяют с помощью регулировочной гайки. При изменении натяжения пружины изменяется начало работы ограничителя, а при увеличении или уменьшении ее жесткости ~ характеристика ограничителя.
В качестве примера центробежного ограничителя рассмотрим ограничитель двигателей ЗИЛ-130 и 3м3-53. Ограничитель состоит из чувствительного элемента центробежного типа и вакуумного диафрагменного исполнительного механизма, который или встраивают в карбюратор (карбюраторы К-88А, К-89А, К-126Б и их модификации), или устанавливают в виде специального устройства - проставки между карбюратором и впускным трубопроводом. В корпусе 1 вращается корпус 3 ротора с грузом 14, который под действием центробежной силы прижимается к корпусу 1 и перекрывает отверстие В; через это отверстие воздух из патрубка после воздушного фильтра по каналам А, Б и Г поступает к исполнительному вакуумному механизму. При частоте вращения вала меньше регулируемой груз 14 оттягивается пружиной 9, в результате чего открывается доступ воздуха к исполнительному вакуумному механизму по каналам Б и Г. Изменяя натяжение пружины 9 винтом 10, можно изменять регулируемую частоту вращения вала.
Исполнительный диафрагменный вакуумный механизм состоит из вакуумной камеры с диафрагмой 20, связанной штоком 19 с рычагом оси дроссельной заслонки 17. Под действием разрежения заслонка 17 прикрывается, и частота вращения вала двигателя ограничивается. Заслонка возвращается в исходное положение пружиной 18, натяжение и жесткость которой можно регулировать.
В исполнительном механизме используется разрежение в диффузоре карбюратора и в смесительной камере. Так как разрежение в диффузоре велико при полной и близких к ней нагрузках и мало при частичных нагрузках, а в пространстве за дроссельной заслонкой, наоборот, оно мало при полной нагрузке и велико при частичных,' эти две полости соединены между собой воздушными жиклерами 15 и 16. Вследствие этого обеспечивается необходимое разрежение для перемещения диафрагмы при любой нагрузке двигателя. Пространство за диафрагмой каналом соединяется с пространством после воздушного фильтра.
Ограничитель приводится в движение от распределительного вала двигателя. В автомобильных двигателях такой ограничитель также встраивают в распределитель зажигания, от валика которого он приводится в движение. Ограничитель обеспечивает высокую стабильность ограничиваемой частоты вращения независимо от нагрузки двигателя. Сопоставление скоростных характеристик двигателя ЗИЛ-131 с центробежным ограничителем (рис. 93, кривая 1) и двигателя ЗИЛ-157КД со скоростным ограничителем (кривая 2) показывает, что в первом случае диапазон регулирования частоты вращения (Ап = = 200 об/мин) в 3 раза меньше, чем во втором (Ап = — 600 об/мин).
При" установке ограничителя любого типа не должны ухудшаться наполнение цилиндров и равномерность распределения горючей смеси, не должны изменяться условия работы карбюратора и распределителя зажигания, в особенности его вакуум-корректора угла опережения зажигания. Как показывает практика, равномерность распределения смеси по цилиндрам лучше, если ось заслонки ограничителя параллельна оси коленчатого вала.
Основные элементы конструкции ограничителей выбирают на основании данных по существующим конструкциям и доводят экспериментальным путем. Расчет ограничителей может быть произведен по методике, аналогичной той, которую применяют при расчете дроссельных регуляторов.