§ 3.5. Встроенные регуляторы

Автоматические регуляторы — достаточно сложные механизмы, увеличивающие габаритные размеры и массу топливо­подающей аппаратуры двигателя. Последнее особенно стало заметным после создания топливных насосов распределительного

типа (рис. 3.33). Большая компактность таких топливных насосов, имеющих один плунжер 5, потребовала соответствующего сокра­щения габаритных размеров связанных с ними автоматических регуляторов. Появились автоматические регуляторы, встроен­ные в конструкцию топливоподающей аппаратуры. Такие регу­ляторы получили название встроенных. Можно отметить два основных направления развития конструкций встроенных авто­матических регуляторов скорости. К первому относится создание автоматических регуляторов частоты вращения, конструктивно встроенных в топливный насос (рис. 3.33), но сохраняющих все основные признаки обычного автоматического регулирования. Ко второму направлению относится создание топливоподающей аппаратуры, в которой функции регулирования выполняют детали или узлы, органически входящие в конструкцию топливного насоса, форсунки или другого ее элемента. В зависимости от детали, выполняющей функцию регулирования, такие встроенные регуляторы называют клапанами-регуляторами, плунжерами-ре- гуляторами, дросселями-регуляторами и т. п.

На рис. 3.34 показана схема дросселя-регулятора карбюратор­ного двигателя. Воздух, проходящий через всасывающий патрубок двигателя, воздействует на скошенную поверхность дроссельной заслонки 9 и создает момент, стремящийся ее закрыть. Противо­действующий момент создается пружиной, установленной таким образом, что в процессе настройки может изменяться ее предва­рительная деформация. Втулкой-опорой 7 можно изменять также число рабочих витков, т. е. жесткость пружины.

При увеличении угла поворота дроссельной заслонки увеличи­вается ее площадь, которая воспринимает скоростной напор

и возрастающий статический перепад давления. Это резко уве­личивает момент М_д, действующий на дроссельную заслонку, и создает излишнюю чувствительность регулятора. Во избежание такого явления в конструкцию дросселя-регулятора вводят упор 8, который в зависимости от поворота заслонки регулирует мо­мент М_п, создаваемого пружиной, и дроссельная заслонка пово­рачивается плавно в соответствии с увеличением скоростного режима, цикловая подача рабочей смеси уменьшается, в связи с чем образуется предельная регуляторная характеристика 7 (рис. 3.35).

Встроенные регуляторы этого типа отличаются простотой конструкции, но не обеспечивают в эксплуатационных условиях равноценной с обычными автоматическими регуляторами ста­бильности и точности работы.

§ 3.6. Регуляторы температуры

Принцип действия. В системах охлаждения (см. рис. 2.7) и смазочных системах (см. рис. 2.9) двигателей в качестве регуля­тора температуры прямого действия чаще всего используют термостаты, представляющие собой герметичный сильфон 7 (рис. 3.36), заполненный легкоиспаряющейся жидкостью (эфир, спирт, ацетон и др.). Если температура кипения этой жидкости ниже регулируемой, то в сильфоне образуется некоторый объем насыщенных паров, давление которых зависит от температуры. Поэтому при увеличении температуры сильфон деформируется, и шток 4, связанный с органом управления 9, перемещается, обеспечивая процесс регулирования. Если температура кипения выше регулируемой, то весь объем сильфона заполнен жидкостью, и регулирование обеспечивается увеличением ее объема при росте температуры. В некоторых регуляторах используется твердый наполнитель типа воска или церозина, объем которых также определяется температурой.

Регуляторы с жидким и твердым рабочим телом создают боль­шие перестановочные усилия, и поэтому их работа в меньшей степени зависит от сил сопротивления, создаваемых органами управления (клапанами 9), Пружина 6 увеличивает упругие свойства сильфона 7 и дает возможность настраивать регулиру­емый режим путем изменения ее предварительной деформации с помощью гайки 5.

Регулятор прямого действия может быть дистанционным. В этом случае сильфон 7 капиллярной трубкой 3 связывается с термобаллоном 2, устанавливаемым в месте ^измерения регули­руемой температуры. Дистанционные регуляторы создают большие удобства компоновки регулятора на двигателе, так как позволяют приблизить исполнительный орган регулятора к регулирующему органу системы охлаждения при размещении чувствительного элемента в наиболее целесообразном месте на головке двигателя.

Рис. 3.36. Автоматический регулятор темпе­ратуры:

1 — кожух; 2 — термобаллон; 3 — капиллярная трубка; 4 — шток; 5 — гайка настройки; 6 — пружина; 7 — сильфок; 8 — корпус; 9 — орган управления; А — от двигателя; Б — к радиа­тору; В — на перепуск

Дифференциальное уравнение ре­гулятора температуры прямого дей­ствия. В целях сохранения герметич­ности системы охлаждения при мон­таже или демонтаже регулятора тем­пературы баллон часто помещают в кожух 1 (см. рис. 3.36), в связи с чем между баллоном и средой с регулируемой температурой Т образу­ется некоторый промежуточный объем с температурой Т_п. При рав­новесном режиме работы То — Т_по—0; Т _п0 — Тс о — где Т — температура термобаллона при равновесном тепловом режиме. При нарушении равновесного режима (Т Ф Т_а) через кожух передается теплота в количестве = к₁Р₁ (Т — Т_а) 6,1, где к_± и Р_г — коэффициент теплопередачи и площадь теплопередачи кожуха. Это количество теплоты воспринимается промежуточной средой с массой ш_х и удельной теплоемкостью С₁₍ т. е.

= С^/п^бТц.

Сопоставление полученных уравнений дает С₁т₁ тМ) = КР_Х (Г - Т_п).

От промежуточной среды теплота передается термобаллону. Если С₂ и т₂ — удельная теплоемкость и масса термобаллона, а к_й и Р_г — его коэффициент и площадь теплопередачи, то

(ЛТ $/<И) = к%Ра (Т _п — Т б).

Так как при неустановившихся режимах Т = Т₀ + ДТ\ Т_и — — Т_по + ДГ_П; Т_б — Т_со + ДГ_б, то уравнениям может быть придан вид

С_гщ (а АТп/сИ) + к^Рг ДТ_п = к_гР_х ДТ;

СзШд (ЛАТ5/(О) к%Р2ДТр = &2Р2ДТц.

После перехода к безразмерным координатам <р = Д Т/Т₀; ф_п = &Т_П/Т_а0; ф_б = ДТ_б/Г_б0 и деления всех членов уравнения на коэффициент при входной координате получим

Т\ (Жр_п/<й) + ф_п = ф1

Т а (^Фб/^0 + Фб ⁼ Фш где 7\ = СуЩг^кхРд и Г_а = С₂т₂/(к_гР₂).

Температура промежуточной среды является внутренней коор­динатой, в связи с чем ее можно исключить из рассмотрения. Это приводит к уравнению

ТгТ₂ (сРщ/сИ²) + (Т_г + Г_я) (Ар_б/Л) + _Фб= _Ф. (3.82)

Если пренебречь инерционностью органа управления 9 (см. рис. 3.36), то деформация сильфона и перемещение клапана определяются только изменением температуры баллона Т_б, по­этому г = / (Гб). При условии линеаризации ДГ_б = (<) Аг. После перехода к безразмерным координатам ср_б = &Т₆/Т_б0 и т) = Дг/2₀ полученное соотношение примет вид

М = ф_б, (3.83)

где б₂ = ((дТ_б/дг) (г₀/Т_б0). Подстановка (3.83) в уравнение (3.82) приводит последнее к виду

Т\ (й\ш²) + т_к (*1/Л) + 6_гт) = «р, (3.84)

где Гр = Г1Т₂б_г; Т_к = (Т¹! + Тг) б₂. В операторной форме записи

(Р) Ч = Ф. (3 85)

где собственный оператор

й_Р(р) = ТУ + Т_кр + 8_г. (3.86)

При отсутствии промежуточной среды т_х — 7\ = Т_р = О, поэтому уравнение (3.84) становится уравнением первого порядка.

После деления членов уравнения (3.85) на собственный опера­тор пйлучим

а = У?ООФ, (3.87)

где передаточная функция Ур (р) = 1/й_р (р) дает возможность построить структурную схему регулятора температуры прямого действия (см. рис. 3.26, б).