Устройство для регулирования выходной мощности двигателя внутреннего сгорания

 

Сущность изобретения: устройство содержит впускные клапаны 1, распределительный вал с кулачками 2, механизмы приводов впускных клапанов с коромыслами 3 и исполнительные механизмы 4, связанные с блоком управления 5. Датчики 6 углового положения кулачков, датчики 7 предельного и минимального давления в цилиндрах, датчики 8 органа 9 управления мощностью двигателя и датчики 10 величины нагрузки связаны с блоком управления 5. На режимах номинальной мощности клапаны 1 открываются от кулачков 2, а на режимах частичных нагрузок в зависимости от величины нагрузки клапаны 1 на такте сжатия осуществляют перепуск части свежего заряда во впускной коллектор двигателя, осуществляя тем самым регулирование оптимального количества свежего заряда, необходимого для данной нагрузки. Блок управления содержит преобразователь сигнала датчика нагрузки, схему включения исполнительного механизма с коммутационными устройствами, D-триггер. 8 з.п.ф-лы,3 ил.

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к устройствам для регулирования выходной мощности двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

Известно устройство для управления выходной мощностью двигателей внутреннего сгорания, содержащее блок управления с датчиками параметров работы ДВС, исполнительные механизмы газораспределительных клапанов, связанные с блоком управления [1].

Недостатком известного устройства является малая эффективность и надежность работы, поскольку на всех режимах работы двигателя используется сложный механизм управления газораспределительных клапанов, использующий гидравлические или пневматические исполнительные механизмы, а также в процессе работы не определяется оптимальное количество свежего заряда впускаемого в цилиндры двигателя.

Известно устройство, позволяющее регулировать мощность двигателя, наиболее близкое заявленному и принятое за прототип [2], содержащее впускные клапаны механизма газораспределения, вал с кулачками, механизмы приводов впускных клапанов от кулачков, выполненные с возможностью разъединения кинематической связи клапанов с кулачками, исполнительные механизмы выполненные с возможностью принудительного открытия клапанов, причем число исполнительных механизмов равно числу цилиндров двигателя. Прототип позволяет использовать как распределительный вал для привода клапанов механизма, так и исполнительные механизмы для регулирования мощности и в частности путем изменения наполнения цилиндров. Однако прототип не позволяет решить задачу оптимального наполнения цилиндров в зависимости от изменения нагрузки.

Целью изобретения является повышение эффективности регулирования в зависимости от изменения нагрузки одновременно при сохранении надежности работы вследствие использования распределительного вала при номинальной нагрузке.

Это достигается за счет того, что в устройстве, содержащем впускные клапаны механизма газораспределения, распределительный вал с кулачками, механизмы приводов впускных клапанов от кулачков, выполненные с возможностью разъединения кинематической связи клапанов с кулачками, исполнительные механизмы с управляющим устройством, выполненные с возможностью принудительного открытия клапанов, причем число исполнительных механизмов выполнено равным числу цилиндров двигателя, управляющее устройство выполнено в виде блока управления, датчиков углового положения кулачков, датчиков предельного и минимального давления в цилиндрах, датчика нагрузки и датчика положения органа управления мощностью двигателя, связанных с блоком управления, последний содержит преобразователь сигнала датчика нагрузки с информационными выходами и схему включения исполнительного механизма, выполненную в виде первого коммутационного устройства с информационными входами, соединенными с датчиками предельного давления, второго коммутационного устройства с информационными входами, подключенными к датчикам минимального давления, D-триггера, информационный вход которого соединен с датчиком положения органа управления мощностью двигателя, управляющий вход - с датчиком углового положения кулачка, вход синхронизации - с выходом первого коммутационного устройства, а вход обнуления - с выходом второго коммутационного устройства, причем управляющие входы коммутационных устройств соединены с информационными выходами преобразователя сигнала. Первое и второе коммутационные устройства выполнены в виде мультиплексоров, датчик нагрузки - в виде тахогенератора, а преобразователь сигнала датчика нагрузки - в виде последовательно соединенных преобразователя частота-напряжение и аналого-цифрового преобразователя. Исполнительные механизмы выполнены с пневматическим приводом и с электромагнитным приводом. Механизмы привода клапанов выполнены с коромыслами в виде одноплечих рычагов, а исполнительные механизмы и кулачки расположены с возможностью взаимодействия с плечом рычага. Коромысла выполнены в виде двуплечих рычагов, а исполнительные механизмы и кулачки расположены по разные стороны от рычагов с возможностью взаимодействия с различными плечами последних. Для бензиновых двигателей внутреннего сгорания со степенями сжатия, равными 6-7, датчики минимального давления выполнены с пороговыми значениями срабатывания, равными 9±0,5 кг/см². Для дизельных двигателей внутреннего сгорания датчики минимального давления выполнены с пороговыми значениями срабатывания, равными 29±0,5 кг/см².

На фиг. 1 показана схема устройства с примером конкретного выполнения привода впускных клапанов с коромыслом в виде двуплечего рычага; на фиг.2 - блок управления; на фиг.3 - схема устройства с примером конкретного выполнения привода впускных клапанов с коромыслом в виде одноплечего рычага.

Устройство для регулирования выходной мощности двигателя внутреннего сгорания содержит впускные клапаны 1 механизма газораспределения, распределительный вал с кулачками 2, механизмы приводов впускных клапанов с коромыслами 3, исполнительные механизмы 4, которые могут быть выполнены с гидравлическими (как в прототипе) или пневматическими, или гидравлическими приводами, число исполнительных механизмов равно числу цилиндров двигателя или кратно числу цилиндров, работающих одновременно.

Управляющее устройство выполнено в виде блока управления 5, датчиков 6 углового положения кулачков, датчиков 7 предельного и минимального давления в цилиндрах и датчиков 8 положения органа 9 управления мощностью двигателя, датчиков 10 нагрузки.

Блок управления 5 содержит преобразователь 11 сигнала датчика нагрузки с информационными выходами и схему 12 включения исполнительного механизма, содержащую первое коммутационное устройство 13 с информационными входами, соединенными с датчиками предельного давления, и второе коммутационное устройство 14 с информационными входами, подключенными к датчикам минимального давления, D-триггер 15, информационный вход которого подключен к датчику 8 положения органа 9 управления мощностью двигателя, управляющий вход - к датчику 6 углового положения кулачка, вход синхронизации - к выходу первого коммутационного устройства 13, а вход обнуления - к выходу второго коммутационного устройства 14, причем управляющие входы коммутационных устройств соединены с информационными выходами преобразователя сигнала датчика нагрузки. Количество схем 12 в блоке управления равно числу цилиндров в двигателе, а количество информационных входов в каждом из коммутационных устройств соответствует числу пар датчик предельного давления - датчик минимального давления, расположенных в каждом из цилиндров. Первое 13 и второе 14 коммутационные устройства могут быть выполнены в виде мультиплексоров. В состав схемы 12 включения исполнительного механизма входят формирователи сигналов 16-19, усилитель мощности 20. Преобразователь 11 сигнала датчика нагрузки выполнен в виде последовательно соединенных преобразователя 21 частота-напряжение и аналого-цифрового преобразователя 22. Датчик нагрузки выполнен в виде тахогенератора.

Устройство работает следующим образом.

При номинальной мощности двигателя впускные 1 и выпускные (не показаны) клапаны механизма газораспределения работают обычным образом от кулачков 2 распределительного вала.

При переходе двигателя на режим частичных нагрузок, происходит перемещение органа 9 управления мощностью двигателя, срабатывает датчик 8, который подает сигнал на блок управления 5. В блок управления 5 поступает сигнал с датчика 10 величины нагрузки (например, по частоте вращения коленчатого вала). Исходя из величины значения нагрузки блок 5 выбирает количество свежего заряда, оптимального для данной нагрузки (например, по величине давления в конце такта сжатия). При этом при начале движения поршня двигателя от ВМТ к НМТ кулачок 2 открывает впускной клапан 1, обеспечивая начало впуска свежего заряда, и закрывает его при подходе поршня к НМТ.

При начале такта сжатия кулачок 2 закрывает впускной клапан 1, при этом в цилиндре двигателя начинает расти давление, при достижении оптимального количества свежего заряда срабатывает датчик 7 предельного давления, который подает разрешительный сигнал на блок 5, который в свою очередь подает сигнал на исполнительный механизм 4.

Механизм 4, воздействуя на коромысло 3, принудительно открывает впускной клапан 1, перепуская часть свежего подогретого заряда во впускной коллектор двигателя, после падения давления ниже допустимого предела датчик 7 прекращает подачу разрешительного сигнала в блок 5, который в свою очередь прекращает подачу сигнала в механизм 4, в результате чего клапан 1 закрывается.

Блок управления функционирует следующим образом.

В режиме номинальной мощности напряжение на выходе D-триггера 15 соответствует нулевому уровню и исполнительный механизм 4 отключается. При переходе двигателя на режим частичной нагрузки единичный сигнал поступает на информа- ционный вход D-триггера 15 с датчика 8 положения органа управления мощностью двигателя. Во время такта сжатия (при наличии единичного сигнала с датчика 6 углового положения кулачка) в момент срабатывания датчика 7 предельного давления D-триггер переключается и блок управления выдает сигнал включения исполнительного механизма 4. При уменьшении давления и срабатывании датчика 7 D-триггер 15 обнуляется и исполнительный механизм 4 отключается.

С помощью последовательно соединенных преобразователя 21 и аналого-цифрового преобразователя 22 формируется цифровой код, характеризующий частоту вращения двигателя, управляющий коммутационными устройствами 13 и 14.

В зависимости от частоты вращения двигателя к входам синхронизации и обнуления D-триггера 15 подключаются те или иные датчики предельного и минимального давлений.

Таким образом устройство позволяет регулировать оптимальное количество свежего заряда.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВЫХОДНОЙ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащее впускные клапаны механизма газораспределения, распределительный вал с кулачками, механизмы приводов впускных клапанов от кулачков, выполненные с возможностью разъединения кинематической связи клапанов с кулачками, исполнительные механизмы с управляющим устройством, выполненные с возможностью принудительного открытия клапанов, причем число исполнительных механизмов равно числу цилиндров двигателя, отличающееся тем, что управляющее устройство выполнено в виде блока управления, датчиков углового положения кулачков, датчиков предельного и минимального давления в цилиндрах, датчика нагрузки и датчика положения органа управления мощностью двигателя, связанных с блоком управления, последний содержит преобразователь сигнала датчика нагрузки с информационными выходами и схему включения исполнительного механизма, выполненную в виде первого коммутационного устройства с информационными входами, соединенными с датчиками предельного давления, второго коммутационного устройства с информационными входами, подключенными к датчикам минимального давления, D-триггера, информационный вход которого соединен с датчиком положения органа управления мощностью двигателя, управляющий вход - с датчиком углового положения кулачка, вход синхронизации - с выходом первого коммутационного устройства, а вход обнуления - с выходом второго коммутационного устройства, причем управляющие входы коммутационного устройства соединены с информационными выходами преобразователя сигнала.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первое и второе коммутационные устройства выполнены в виде мультиплексоров, датчик нагрузки - в виде тахогенератора, а преобразователь сигнала датчика нагрузки - в виде последовательно соединенных преобразователя частота-напряжение и аналого-цифрового преобразователя.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что исполнительные механизмы выполнены с пневматическим приводом.

4. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что исполнительные механизмы выполнены с электромагнитным приводом.

5. Устройство по пп. 1 - 4, отличающееся тем, что механизмы привода клапанов выполнены с коромыслами.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что коромысла выполнены в виде одноплечих рычагов, а исполнительные механизмы и кулачки расположены с возможностью взаимодействия с плечом рычага.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что коромысла выполнены в виде двуплечих рычагов, а исполнительные механизмы и кулачки расположены по разные стороны от рычагов с возможностью взаимодействия с различными плечами последних.

8. Устройство по пп.1 - 7, отличающееся тем, что для бензиновых двигателей внутреннего сгорания со степенями сжатия, равными 6 - 7, датчики минимального давления выполнены с пороговыми значениями срабатывания, равными 9 ± 0,5 кг/см².

9. Устройство по пп.1 - 7, отличающееся тем, что для дизельных двигателей внутреннего сгорания датчики минимального давления выполнены с пороговыми значениями срабатывания, равными 29 ± 0,5 кг/см².

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3