ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРНАЯ УСТАНОВКА ОБРАЗЦОВ ВООРУЖЕНИЯ И ВОЕННОЙ ТЕХНИКИ С СИСТЕМОЙ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ВПУСКНОГО КЛАПАНА

Полезная модель относится к области энергетического машиностроения и электротехники, в частности, к встраиваемым дизель-генераторным установкам образцов вооружения и военной техники (ВВТ), используемым для выработки электроэнергии и способным обеспечить электроснабжение образцов ВВТ при нахождении на месте, когда двигатель основной силовой установки базового шасси не используется.
Из уровня техники известна дизель-генераторная установка (патент на полезную модель RU № 97883 U1 МПК H02P 9/04, H02P 9/42 опубликовано 20.09.2010 г.), принятая за прототип, включающая в себя дизельный двигатель, генератор, электронный блок управления и шаговый электродвигатель, ротор генератора жестко соединен с коленчатым валом дизельного двигателя, имеющего цилиндр, кривошипно-шатунный механизм, топливный насос высокого давления, всережимный регулятор частоты вращения коленчатого вала и головку цилиндра, в головке цилиндра размещены топливная форсунка, выпускной тарельчатый подпружиненный клапан с приводом и впускной тарельчатый клапан.
N
N
n
N
n
N
N
e
e
М
e
max
e
М
e
max
-1
-1
Недостатком дизельного двигателя известной дизель-генераторной установки является привод впускных клапанов посредством механизм газораспределения с фиксированными фазами газораспределения, не позволяющий в полной мере реализовать развиваемую эффективную мощность  двигателя на хвостовике коленчатого вала в диапазонах от мощности, при максимальном крутящем моменте  = 11,61 кВт (при частоте вращения коленчатого вала  = 2800 мин) до максимальной мощности  = 12,45 кВт (при  = 3350 мин) двигателя по причине снижения коэффициента наполнения с 0,88 (при ) до 0,742 (при ), приводящее в целом к снижению энергетических показателей дизель-генераторной установки.
В свою очередь, из уровня техники известен четырехтактный дизельный двигатель с самодействующим нормально открытым впускным тарельчатым клапаном (патент на полезную модель RU № 210884 U1 МПК F02B 3/06, F02B 29/08, F01L 9/00, F01L 1/00 опубликовано 12.05.2022 г.), способствующий повышению коэффициента наполнения и увеличению эффективной мощности дизельного двигателя.
n
-1
Существенным недостатком известного технического решения является то, что самодействующий нормально открытый впускной тарельчатый клапан четырехтактного дизельного двигателя способен эффективно работать, обеспечивая наилучшие показатели коэффициента наполнения только в узком диапазоне частот вращения коленчатого вала двигателя  мин по причине определенных значений величины предварительного сжатия винтовой пружины сжатия соответствующей, установленным диапазонам частот вращения коленчатого вала. В свою очередь, согласно описания устройства (патент на полезную модель RU № 210884 U1 МПК F02B 3/06, F02B 29/08, F01L 9/00, F01L 1/00 опубликовано 12.05.2022 г.), величина предварительного сжатия винтовой пружины сжатия задается посредством ручного ввертывания либо вывертывания полой втулки с последующей фиксацией в период наладки дизельного двигателя.
-1
Наряду с этим известно, что дизельным двигателям в составе дизель-генераторных установок постоянного тока образцов ВВТ присуща работа в диапазонах частот вращения коленчатого вала двигателя 2800…3350 мин.
-1
Техническим результатом предложенной полезной модели является повышение энергетических показателей дизель-генераторной установки образцов ВВТ увеличением эффективной мощности дизельного двигателя, за счет улучшения наполнения цилиндра двигателя воздухом при оптимальной работе самодействующего нормально открытого впускного тарельчатого клапана в диапазонах частот вращения коленчатого вала 2800…3350 мин посредством автоматического регулирования величины предварительного сжатия винтовой пружины сжатия.
-1
Указанный технический результат предложенной полезной модели достигается тем, что дизель-генераторная установка образцов вооружения и военной техники, содержащая генератор, электронный блок управления и шаговый электродвигатель, ротор генератора жестко соединен с коленчатым валом дизельного двигателя, имеющего цилиндр, кривошипно-шатунный механизм, топливный насос высокого давления, всережимный регулятор частоты вращения коленчатого вала и головку цилиндра, в головке цилиндра размещены топливная форсунка, выпускной тарельчатый подпружиненный клапан с приводом и впускной тарельчатый клапан, отличающаяся тем, что впускной тарельчатый клапан выполнен самодействующим, нормально открытым, с пружиной сжатия и полой втулкой, нижнее основание полой втулки имеет наружное резьбовое соединение с внутренней резьбой головки цилиндра, с возможностью воздействия на пружину сжатия и изменения ее величины предварительного сжатия, верхнее основание полой втулки, имеет коническое зубчатое зацепление через спиральный вал конического зубчатого колеса с шаговым электродвигателем, с возможностью регулирования величины предварительного сжатия пружины сжатия, а шаговый электродвигатель, выполнен с возможностью управления посредством электронного блока управления с алгоритмом автоматического регулирования величины предварительного сжатия винтовой пружины сжатия в диапазонах частот вращения коленчатого вала 2800…3350 мин.
Предложение поясняется схемами, изображениями на фигурах 1-4.
б
а
б
27,5
В
б
На фигуре 1 приведена частная схема дизель-генераторной установки (ДГУ), размещенная в забронированном отсеке изделия 15 на подрамнике посредством резьбовых соединений. ДГУ включает в себя: дизельный двигатель 11 с установленным за счет резьбовых соединений на нем топливным насосом высокого давления 36 оборудованный рейкой с рычагом подачи топлива 20, где последний имеет связь посредством уравновешенной пружинно-механической системы с всережимным регулятором частоты вращения коленчатого вала с шаговым электродвигателем 21; топливный бак 13 внутри которого размещен насос топливный электрический 17; топливный трубопровод низкого давления 35,фиксирующий между собой посредством конических резьбовых соединений насос топливный электрический 17 с топливным насосом высокого давления 36; топливный трубопровод высокого давления 35, фиксирующий между собой посредством конических резьбовых соединений топливный насос высокого давления 36 с топливной форсункой 9 (фиг.2); генерирующий комплекс. В свою очередь, в генерирующий комплекс входит: генератор 14, ротор которого жестко соединен посредством шпоночного соединения через коническую поверхность с коленчатым валом дизельного двигателя 11, а статор генератора 14 соединен силовыми кабелями разной полярности 30 с комплексом преобразования контроля и регулирования (КПР) 33 посредством резьбовых соединений. В КПР 33 входит: блок преобразователя напряжения 22, состоящего из трансформатора 23 и системы вентилей 24; блок автоматической системы управления двигателем (АСУД) 25 с электронным блоком управления (ЭБУ) двигателем 32; выпрямительный модуль 28, состоящий из стабилизатора выходного напряжения  29 и сглаживающих фильтров 27. Передача электрической энергии от ДГУ к потребителям электрической энергии (ПЭЭ) образца ВВТ 31 осуществляется по силовым кабелям разной полярности 30а связанные резьбовыми соединениями с выпрямительным модулем 28. Фиксация сопротивления тока нагрузки, при увеличении потребляемой мощности ПЭЭ образца ВВТ 31, для последующей передачи сигнала в АСУД 25 осуществляется посредством датчика фиксации нагрузки 26 выпрямительного модуля 28 по линиям проводов 34.
а
б
в
в
б
в
б
в
а
б
а
б
а
а
а
На фигурах 2-3 изображены основные элементы дизельного двигателя, в состав которого входят: (фиг.2) цилиндр 6; кривошипно-шатунный механизм 5, состоящий из поршня 4, шатуна, коленчатого вала; впускной 3 и выпускной 8 каналы; выпускной подпружиненный тарельчатый клапан с приводом от кулачка 10; топливная форсунка 9; самодействующий нормально открытый впускной тарельчатый клапан (СНОВК) 1 с винтовой пружиной сжатия 1 и полой втулкой 1. Нижнее основание полой втулки 1 имеет наружное резьбовое соединение с внутренней резьбой головки цилиндра 7, где при закручивании происходит механическое воздействие на винтовую пружину сжатия 1 изменяя ее величину предварительного сжатия. Верхнее основание полой втулки 1 (фиг.3) имеет коническое зубчатое зацепление через спиральный вал 2 конического зубчатого колеса 2 с шаговым электродвигателем 2, который позволяет осуществлять регулирование величины предварительного сжатия винтовой пружины сжатия 1 СНОВК 1 прокруткой спирального вала 2. Причем шаговый электродвигатель 2 установлен в головке цилиндра 7 посредством винтового соединения. Управление шаговым электродвигателем 2 (фиг.1) осуществляется ЭБУ двигателя 32 посредством линии проводов 34, при параллельной обработке сигналов в АСУД 25 приходящих с датчиков: оборотов коленчатого вала 16; температуры двигателя 12; давления масла 18; положения рычага подачи топлива 19; фиксации нагрузки 26.
б
На фигуре 4 показана таблица режимов работы ДГУ с указанием характеристик дизельного двигателя 11 и винтовой пружины сжатия 1.
Предлагаемая полезная модель работает следующим образом.
б
в
а
б
с
L
а
-1
1
1п
При воздействии тока нагрузки (фиг.1), создаваемой ПЭЭ образца ВВТ (работа средств связи, фильтро-вентиляционной установки, заряд аккумуляторных батарей) около 40% (ниже данной нагрузки работа ДГУ не рекомендована) считываемой с датчика фиксации нагрузки 26 выпрямительного модуля 28 в блок АСУД 25 выдается сигнал по линии проводов 34 на работу ДГУ в 1-ом режиме. В 1-ом режиме (фиг.4) генерирующий комплекс ДГУ вырабатывает 3,2кВт электрической мощности, при этом дизельный двигатель 11 работает по алгоритму, соответствующему 1-му режиму: развивая мощность 12,04 кВт, при частоте вращения коленчатого вала 2800 мин, положении рычага подачи топлива 20 равное 4043% (от минимального положения равное холостому ходу) и отрегулированном положении полой втулки 1 через шаговый электродвигатель 2 (фиг.2) соответствующей фиксации винтовой пружины сжатия 1 с коэффициентом жесткости = 14,6 кН/м на величину предварительного сжатия Δ = 3,5 мм (фиг.4). При этом СНОВК 1 на данном режиме позволяет обеспечить коэффициент наполнения 0,921.
б
а
а
в
L
б
с
1п
1
-1
При увеличении нагрузки (фиг.1) от ПЭЭ образца ВВТ 31 (дополнительно: работа системы управления огнем) около 50% считываемой с датчика фиксации нагрузки 26 выпрямительного модуля 28 выдается сигнал по линии проводов 34 в блок АСУД 25, где последний по заданному алгоритму, соответствующему 2-му режиму работы ДГУ (фиг.4) передает сигнал на ЭБУ двигателя 32. ЭБУ двигателя 32 (фиг.1) передает сигнал по линии проводов 34 на шаговый электродвигатель всережимного регулятора частоты вращения коленчатого вала 21 на изменение положения рычага подачи топлива 20 соответствующее 4952% (от минимального положения равное холостому ходу) и параллельный сигнал на шаговый электродвигатель 2 (фиг.3) для изменения положения (закручиванием) полой втулки 1 в тело головки цилиндра 7 (фиг.2) воздействуя на величину предварительного сжатия Δ = 4,5 мм винтовой пружины сжатия 1 с коэффициентом жесткости = 14,6 кН/м. ДГУ, при соответствующем 2-му режиму работы (фиг.4) вырабатывает 4кВт электрической мощности, а дизельный двигатель развивает мощность 12,62 кВт, при частоте вращения коленчатого вала 2900 мин и коэффициенте наполнения 0,911.
в
б
При последующем увеличении нагрузки (фиг.1) от ПЭЭ образца ВВТ 31 (дополнительно: работа стабилизатора вооружения в режимах горизонтального и вертикального наведения, системы кондиционирования и т.д.) в диапазонах от 50 - 95% происходит последующее автоматическое регулирование, согласно таблицы режимов работы ДГУ (фиг.4), для восполнения нагрузки с переходом на наивысший режим работы ДГУ. При этом АСУД 25 через ЭБУ двигателя 32 (фиг.1) осуществляет автоматическое (последовательное) регулирование положения рычага подачи топлива 20, момента закрутки полой втулки 1 (для изменения величины предварительного сжатия винтовой пружины 1) с целью повышения частоты оборотов коленчатого вала, мощности дизельного двигателя и увеличения выходной электрической мощности ДГУ, согласно таблицы режимов работы ДГУ (фиг.4).
При снижении нагрузки (фиг.1) от ПЭЭ образца ВВТ 31 (отключение различного рода ПЭЭ), регулирование режимов роботы ДГУ происходит в обратной последовательности, согласно таблицы режимов работы ДГУ (фиг.4) через ЭБУ двигателя 32 блока АСУД 25.
-1
По сравнению с прототипом, предлагаемое техническое решение позволяет, за счет улучшения наполнение цилиндра воздухом при оптимальной работе самодействующего нормально открытого впускного тарельчатого клапана увеличить мощность дизельного двигателя в диапазонах частот вращения коленчатого вала 2800…3350 мин посредством автоматического регулирования величины предварительного сжатия винтовой пружины сжатия, и как следствие повысить энергетические показатели дизель-генераторной установки образцов ВВТ.