В связи с этим на дизелях ставятся специальные регуляторы, которые автоматически не допускают работу дизеля на опасных режимах и обеспечивают его эффективную работу на всех рабочих режимах.
На автомобильных дизелях устанавливаются регуляторы, которые ограничивают максимальные обороты двигателя и обеспечивают минимальные устойчивые обороты при холостом ходе. Эти регуляторы автоматически действуют только при двух режимах работы дизеля — при максимальных и при минимальных оборотах коленчатого вала, вследствие чего и получили название двухрежимных. Регулирование максимального числа оборотов необходимо для предохранения дизеля от работы с чрезмерно большим числом оборотов, при котором резко возрастают напряжения деталей и их износ. Необходимость автоматически ограничивать минимальные обороты дизеля вызвана тем, что при малых оборотах коленчатого вала процесс подачи топлива насосом и смесеобразование в дизеле значительно ухудшаются. Поэтому, если число оборотов коленчатого вала будет ниже определенного предела, то дизель будет работать неустойчиво и часто останавливаться. Запуск же дизеля сравнительно сложен и обычно связан с излишним расходом энергии аккумуляторов и топлива.
На тракторных дизелях устанавливаются регуляторы, которые не только ограничивают максимальные и минимальные обороты коленчатого вала, но и поддерживают выбранный водителем скоростной режим дизеля независимо от величины сопротивления, преодолеваемого трактором. Эти регуляторы автоматически действуют при всех режимах работы дизеля, вследствие чего и получили название всережимных. Необходимость установки на тракторе всережимного регулятора вызвана следующим. Землеобрабатывающие машины, буксируемые трактором, постоянно встречают различное сопротивление грунта. Вследствие этого нагрузка на крюке меняется, в то время как развиваемая дизелем мощность остается прежней. Это приводит к тому, что при уменьшении сопротивления скорость движения трактора возрастает, а при увеличении, наоборот, скорость уменьшается. Непостоянство скорости трактора влечет неравномерное качество обработки грунта, неправильную работу прицепных машин и поэтому недопустимо. Всережимные регуляторы обеспечивают постоянную скорость трактора, несмотря на меняющуюся нагрузку на крюке.
Работа большинства регуляторов основана на том, что при изменении числа оборотов коленчатого вала связанный с ним центробежный механизм действует на рейку насоса высокого давления. При этом количество подаваемого в цилиндры двигателя топлива, а следовательно, и величина крутящего момента соответственно меняются.
Двухрежимный регулятор дизеля ЯАЗ-204
Регулятор устроен следующим образом. Приводной вал 1 (рис. 63) регулятора связан шлицованной соединительной муфтой с цапфой ротора нагнетателя и вращается в 1,95 раза быстрее коленчатого вала. Передний конец вала опирается на подшипник 8. На заднем конце вала закреплена державка 2 больших и малых центробежных грузов 4 и 5. При вращении вала 1 и державки 2 грузы 4 и 5 вращаются и под действием центробежных сил расходятся в стороны.
Рис. 63. Схема двухрежимного регулятора дизеля ЯАЗ-204: 1 - вал; 2 - державка; 3 - лапки малых грузов; 4 - малые грузы; 5 - большие грузы; 6 - втулка; 7 - упорный подшипник; 8 - передний подшипник; 9 - вилка; 10 - вертикальный вал; 11 - пружина холостого хода; 12 - стакан; 13 - упорный винт холостого хода; 14 - регулировочный болт; 15 - пружина максимальных оборотов; 16 - регулировочные прокладки; 17 - регулировочная гайка пружины максимальных оборотов; 18 - регулировочная гайка пружины холостого хода; 19 - двуплечий рычаг; 20 - дифференциальный рычаг; 21 - тяга; 22 - цапфа; 23 - вырез; 24 - кривошипный вал; 25 - рычаг остановки двигателя; 26 - рычаг управления подачей топлива; 27 - рычаг, ограничивающий подачу топлива; 28 - палец; 29 - ограничительный сектор; 30 - насос-форсунка; 31 - рейка; 32 - рычаг; 33 - валик привода реек
Большие грузы начинают расходиться при малых оборотах. Когда коленчатый вал развивает 700—800 оборотов в минуту, большие грузы расходятся уже полностью.
Малые грузы при небольших оборотах разводятся в стороны большими грузами, опирающимися на них обработанными выступами. Полностью малые грузы расходятся только при больших оборотах. Расхождение малых грузов ограничивается упором их лапок 3 в торец втулки 6. Втулка 6 через упорный шариковый подшипник 7 и вилку 9 поворачивает вертикальный вал 10.
На верхнем конце вертикального вала 10 закреплен двуплечий рычаг 19 (рис. 64). На левом плече рычага 19 посредством цапфы шарнирно установлен дифференциальный рычаг 20. На конце правого плеча ввернут упорный винт 13 с контргайкой, который упирается в стакан 12 пружины 11 холостого хода. Дифференциальный рычаг 20 (рис. 63) посредством тяги 21 связан с валиком 33, на котором закреплены рычаги 32, управляющие рейками 31 насос-форсунок 30. Короткое плечо дифференциального рычага 20 выполнено в виде вилки и охватывает цапфу 22 кривошипного вала 24. Вал 24 установлен в бобышке крышки регулятора. На выходящем из крышки конце вала установлены рычаги 26 и 27. Рычаг 26 связан с педалью управления подачей топлива. Палец 28 рычага 27 входит в фасонный вырез 23 ограничительного сектора 29. На секторе закреплен рычаг 25, который связан с тросом управления остановкой дизеля.
Рис. 64. Двухрежимный регулятор дизеля ЯАЗ-204 в разрезе (детали обозначены теми же номерами, что и на рис. 63)
При различных режимах дизеля регулятор работает следующим образом.
Положение деталей регулятора, приведенное на рис. 63, соответствует моменту запуска дизеля. Рычаг 26 управления подачей топлива устанавливается в положение, при котором палец 28 рычага 27 упирается во внутренний вырез ограничительного сектора. Рейки топливного насоса при этом полностью выдвинуты, что обеспечивает максимальную подачу топлива и наиболее благоприятные условия для запуска дизеля. Как только дизель начнет работать, большие грузы 5 регулятора под влиянием центробежной силы будут расходиться и разведут малые грузы 4. Последние лапками 3 передвинут втулку 6, благодаря чему повернется вертикальный вал 10 и закрепленный на нем рычаг 19. Через винт 13 рычаг нажмет на стакан 12 пружины холостого хода. Благодаря этому начнет сжиматься находящаяся в гильзе пружина 11 холостого хода. Другой конец пружины 11 через тарелку упирается в болт 14, ввернутый в тело плунжера и допускающий регулировку натяжения пружины. При сжатии пружины 11 рычаг 19 повернется относительно цапфы 22 кривошипного вала 24, произойдет передвижение реек насоса и некоторое уменьшение подачи топлива в цилиндры. При 400—500 оборотах коленчатого вала в минуту — оборотах, наиболее благоприятных для режима холостого хода, — между усилием пружины И и центробежной силой, развиваемой грузами, устанавливается равновесие.
Если число оборотов уменьшится, большие и малые грузы начнут сходиться, вертикальный вал 10 и рычаг 19 повернутся и увеличат подачу топлива, благодаря чему обороты коленчатого вала вновь возрастут до 400—500 в минуту.
Упорный винт 13 с пружинным амортизатором служит для регулировки минимальных устойчивых оборотов коленчатого вала, если после регулировки с помощью болта 14 и гайки 18 дизель работает неустойчиво.
При нажиме на педаль управления подачей топлива связанный с нею рычаг 25, а вместе с ним и сектор 29 начнут поворачиваться против часовой стрелки. Скольжение пальца 28 по прорези 23 обусловливает поворот рычага 27 с валом 24, цапфы 22 и тяги 21, связанной с рейкой 31. Происходит увеличение подачи топлива в цилиндры. С увеличением числа оборотов большие грузы 5 расходятся. При этом благодаря расхождению малых грузов 4 сжимается пружина 11 холостого хода. При 800—900 об/мин хвостовики больших грузов упрутся в ступицу державки.
При дальнейшем увеличении числа оборотов до 1950—2050 в минуту центробежной силы малых грузов недостаточно для того, чтобы преодолеть натяжение пружины 15 максимальных оборотов. Регулятор перестает воздействовать на дизель, число оборотов дизеля регулируется (водителем.
При числе оборотов 1950—2050 в минуту центробежная сила малых грузов 4 возрастает настолько, что пружина 15 под ее воздействием начинает сжиматься. Малые грузы полностью расходятся и, воздействуя на лапки 3, втулку 6 и вилку 9, поворачивают вертикальный вал 10 и рычаг 19. Последний, нажимая упорным винтом 13 через стакан 12 на гильзу, сжимает пружину 15. При повороте рычага 19 рычаг 20 через тягу 21 передвинет рейки насос-форсунок, вследствие чего уменьшится подача топлива в цилиндры и дальнейшее увеличение числа оборотов автоматически прекратится.
Натяжение пружины 15, а следовательно, и максимальные обороты коленчатого вала регулируются гайкой 17 и прокладками 16.
Для остановки дизеля водитель посредством специальной кнопки, связанной гибким тросом с рычагом 25, поворачивает палец 28 рычага 27 по вырезу сектора 29 до отказа При этом поворачивается вал 24 и рейки насос-форсунок передвигаются в положение нулевой подачи.
Таким образом, регулятор автоматически управляет дизелем" только при двух режимах его работы: поддерживает устойчивые обороты на холостом ходу и ограничивает максимальные обороты коленчатого вала. При всех остальных режимах число оборотов коленчатого вала устанавливается по желанию водителя.
Всережимный регулятор дизеля КДМ-46
На рис. 65 показана схема всережимного регулятора дизеля КДМ-46, а на рис. 66 — общий вид и установка регулятора на дизеле.
Рис. 65. Схема всережимного регулятора дизеля КДМ-46: 1 - рычаг управления подачей топлива; 2 - топливный насос; 3 - рейка; 4 - тяга рейки; 5, 9 и 10 - тяги; 6 - двуплечий рычаг; 7, 11 и 12 - плечи трехплечего рычага; 8 и 14 - упоры; 13 - шлицованный валик трехплечего рычага; 15 - наружный рычаг; 16 - пружина; 17 - трехплечий рычаг; 18 - сдвоенный рычаг; 19 - ролик; 20 - ось поворота сдвоенного рычага; 21 - упорный подшипник; 22 - муфта; 23 - нижний конец рычага 18; 24 - грузы; 25 - вертикальный валик, 26 и 28 - конические шестерни; 27 - валик привода
Рис. 66. Общий вид и установка всережимного регулятора дизеля КДМ-46 (детали обозначены теми же номерами, что и на рис. 65)
Вращение коленчатого вала дизеля через распределительные шестерни передается шестерне привода топливного насоса и регулятора. Шестерня закреплена на валике 27 (рис. 65) привода регулятора, от которого вращение через пару конических шестерен 26 и 28 передается на вертикальный валик 25. На этом валике установлены грузы 24 регулятора. При вращении валика 25 грузы под влиянием центробежной силы расходятся и поворачиваются на своих осях. Поворачиваясь, грузы нажимают на муфту 22 и перемещают ее вверх, вдоль оси вертикального валика. На муфте установлен упорный шариковый подшипник 21, который, нажимая на ролики 19, перемещает сдвоенный рычаг 18. Левый горизонтальный конец рычага 18 связан с пружиной 16 регулятора. Правый нижний конец 23 рычага 18 соединительной тягой 10 связан с тягой 4 рейки 3 топливного насоса 2. При вертикальном перемещении муфты 22 рычаг 18 поворачивается на оси 20. Нижний конец пружины 16 связан со средним плечом И трехплечего рычага. Этот рычаг установлен на шлицованном валике 13, конец которого выходит из корпуса регулятора, и при помощи наружного рычага 15 и системы тяг 5, 9 и рычага 6 соединен с рычагом 1 управления подачей топлива. Ход среднего плеча 11 рычага 17 ограничивается упорами 8 и 14, определяющими максимальную и минимальную подачи топлива. Упоры установлены в корпусе регулятора и регулируются специальными болтами.
При движении трактора с неизменным режимом работы дизеля устанавливается равновесие между центробежной силой грузов 24 и натяжением пружины 16. Муфта 22 при этом занимает промежуточное положение, при котором связанная с ней через рычаг 23 и тягу 10 рейка топливного насоса обеспечивает подачу топлива, соответствующую данному режиму работы дизеля.
Как только трактор встретит дополнительное сопротивление и число оборотов дизеля начнет уменьшаться, грузы 24 вследствие уменьшения центробежной силы сблизятся. Муфта 22 при этом опустится, а рычаг 18 повернется вокруг оси 20 и через тягу 10 увеличит подачу топлива в цилиндры. Это приведет к увеличению крутящего момента, развиваемого дизелем, и трактор будет преодолевать возросшее сопротивление примерно с прежней скоростью.
При уменьшении сопротивления трактору обороты коленчатого вала возрастут и тяга 10 обеспечит уменьшение подачи топлива, а следовательно, и крутящего момента дизеля, в результате чего сохранится постоянная скорость трактора.
Таким образом, всережимный регулятор обеспечивает устойчивую работу дизеля при всех скоростных режимах независимо от изменения сопротивления движению трактора.
Для работы дизеля с минимальными устойчивыми оборотами холостого хода рычаг 1 управления подачей топлива устанавливается в правое (на рисунке) положение. Трехплечий рычаг поворачивается до соприкосновения плеча 7 с упором 8. Натяжение пружины 16 при таком положении рычага 17 уменьшается. В результате под действием даже небольшой центробежной силы грузов 24 рычаг 18 поворачивается и соответственно уменьшается подача топлива. Винт упора регулируется таким образом, что регулятор обеспечивает устойчивую работу дизеля при 500±25 об/мин (холостой ход).
Для работы дизеля с максимальными оборотами коленчатого вала рычаг 1 управления подачей топлива устанавливается в левое (на рисунке) положение. Трехплечий рычаг 17 поворачивается до соприкосновения плеча 12 с упором 14. Натяжение пружины 16 при таком положении рычага увеличивается и для поворота рычага 18 требуется уже сравнительно большая центробежная сила грузов 24. При передвижении рычага 1 в левое положение дизель развивает 1100±40 об/мин без нагрузки (холостой ход) и 1000 об/мин при полной нагрузке.
Всережимный регулятор обеспечивает трактору возможность работать с пониженными скоростями, при этом пониженная скорость задается промежуточным положением рычага управления подачей топлива.
Перестановка рычага 1 допускает также работу трактора с одной и той же скоростью, но при различных передачах, а следовательно, и при различных скоростных режимах дизеля. Соответствующий выбор передач и скоростных режимов дизеля обеспечивает более экономное расходование топлива.
Таким образом, регулятор не только поддерживает устойчивые обороты на холостом ходу и ограничивает максимальные обороты коленчатого вала, но и обеспечивает эффективную работу дизеля на всех скоростных режимах трактора. Регулятор поддерживает примерно постоянные обороты колончатого вала дизеля в пределах каждого установленного водителем скоростного режима независимо от изменения сопротивления.