Способ работы четырехтактного двигателя внутреннего сгорания с отключаемыми цилиндрами

 

Использование: в двигателях внутреннего сгорания, в частности, в способах работы четырехтактных двигателей внутреннего сгорания с отключенными цилиндрами. Сущность изобретения: определяют количественную величину изменения цикловой подачи топлива в зависимости от числа работающих и отключенных цилиндров с учетом воздушно-топливного состава смеси в цилиндре. 3 з. п. ф-лы, 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности, к способам работы четырехтактных двигателей внутреннего сгорания с отключаемыми цилиндрами.

Известен способ (прототип) работы четырехтактного двигателя внутреннего сгорания с отключаемыми цилиндрами, при котором на режимах холостого хода и малых нагрузок часть цилиндров отключают путем прекращения в них подачи топлива, отключенные цилиндры переводят в режим работы двухтактного компрессора, для чего процессы заполнения и сжатия в отключенных цилиндрах производят дважды за рабочий цикл, сжатый воздух, отобранный от одного из отключенных цилиндров путем открытия перепускного клапана и сообщения тем самым цилиндра с перепускным ресивером, направляют во второй отключенный цилиндр, в котором закончился процесс наполнения, путем открытия перепускного клапана этого цилиндра и сообщения тем самым перепускного ресивера со вторым отключенным цилиндром, добавочно сжимают воздух во втором цилиндре и подают в работающий цилиндр путем открытия перепускного клапана этого цилиндра и сообщения тем самым перепускного ресивера с работающим цилиндром, одновременно в работающие цилиндры увеличивают цикловую подачу топлива.

Кроме того, отбор сжатого воздуха из отключенных цилиндров производят в течениевсего процесса сжатия в данном цилиндре, причем при перепуске между отключенными цилиндрами сжатый воздух охлаждают, а перед подачей его в работающий цилиндр подогревают.

В известном способе не дается количественной характеристики увеличения цикловой подачи топлива, количества перепускного воздуха и способа перепуска сжатого воздуха.

Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности работы за счет повышения мощности и топливной экономичности двигателя.

Для достижения поставленной цели в известном способе работы четырехтактного двигателя внутреннего сгорания с отключаемыми цилиндрами, при котором на режимах холостого хода и малых нагрузок часть цилиндров отключают путем прекращения в них подачи топлива, с одновременным увеличением цикловой подачи топлива в работающие цилиндры, отключенные цилиндры переводят в режим работы двухтактного компрессора, для чего процессы заполнения и сжатия в отключенных цилиндрах производят дважды за рабочий цикл, сжатый воздух, отобранный от одного из отключенных цилиндров путем открытия перепускного клапана и сообщения тем самым цилиндра с перепускным ресивером, направляют во второй отключенный цилиндр, в котором закончился процесс наполнения, путем открытия перепускного клапана этого цилиндра и сообщения тем самым перепускного ресивера со вторым отключенным цилиндром, добавочно сжимают воздух во втором цилиндре и подают в рабочий цилиндр путем открытия перепускного клапана этого цилиндра и сообщения тем самым перепускного ресивера с работающим цилиндром, дополнительно цикловую подачу топлива в работающие цилиндры увеличивают пропорционально отношению удвоенного числа отключенных цилиндров к числу работающих плюс единица, определяют значение коэффициента избытка воздуха в работающих цилиндрах, сравнивают его с эталоном и цикловую подачу топлива в работающие цилиндры изменяют обратно пропорционально отношению эталонного и определенного значений, количество сжатого воздуха, перепускаемого в каждый работающий цилиндр с помощью открытия перепускных клапанов, изменяют пропорционально отношению общего количества воздуха, отобранного от отключенных цилиндров, количеству работающих цилиндров, для чего изменяют продолжительность открытия перепускных клапанов.

Известных технических решений, содержащих признаки, отличающие предлагаемое изобретение от прототипа, не обнаружено, следовательно, техническое предложение соответствует критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 представлена схема работы четырехтактного шестицилиндрового рядного дизеля с порядком работы цилиндров 1-5-3-6-2-4; на фиг. 2 схема объединения цилиндров дизеля перепускным ресивером.

Цилиндры двигателя разделены на две группы: 1-й, 2-й, 3-й постоянно работающие, а 4-й, 5-й и 6-й отключаемые. Стрелками обозначено направление перепуска сжатого воздуха.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. В отключенных по топливоподаче цилиндрах (4-м, 5-м и 6-м) процессы наполнения и сжатия производят при каждом обороте коленчатого вала двигателя, т. е. процессы наполнения осуществляют на тактах "Впуск" и "Рабочий ход", а процессы сжатия на тактах "Сжатие" и "Выпуск". Так например, в отключенном цилиндре 4 на такте "Рабочий ход" производят заполнение цилиндра свежим зарядом и на такте "Выпуск" сжатие его. В конце процесса сжатия сжатый воздух из 4-го цилиндра направляют в 6-й цилиндр, также отключенный по топливоподаче, в котором закончился процесс наполнения в такте "Впуск" и начался процесс сжатия воздушного заряда.

Таким образом, в цилиндре 6 сжимается двойной воздушный заряд и в конце процесса сжатия его направляют во 2-й нормально работающий цилиндр, в котором закончился процесс наполнения и начинается процесс сжатия, т. е. работающий цилиндр 2 оказывается заполненным тройным воздушным зарядом.

Аналогично производится перепуск сжатого воздуха в других цилиндрах, а именно из цилиндра 5, заполненного свежим зарядом на такте "Рабочий ход", воздух направляют в цилиндр 4 и после добавочного сжатия в работающий цилиндр 1. Из цилиндра 6 воздух направляют в цилиндр 5 и затем в цилиндр 3.

Таким образом, каждый работающий цилиндр оказывается заполненным тройным воздушным зарядом, который в свою очередь может быть использован для повышения мощности при увеличении цикловой подачи топлива, либо для улучшения экономичности за счет увеличения коэффициента избытка воздуха при сгорании, либо для повышения эффективности работы двигателя от совместного действия этих двух факторов.

На фиг. 2 дан пример выполнения рядного двигателя, где 1, 2, 3, 4, 5 и 6 цилиндры двигателя, 7 перепускной ресивер, 8 перепускные клапаны, 9 впускные клапаны, 10 впускной ресивер, стрелками показано направление движения воздушного заряда, выпускной коллектор с выпускными клапанами на схеме не показаны. Положение клапанов на схеме соответствует такту впуска в 4-м цилиндре и перепуску сжатого воздуха из 6-го цилиндра во 2-й.

Для повышения мощности двигателя относительную величину цикловой подачи топлива в работающих цилиндрах увеличивают пропорционально возрастанию их воздушного заряда, которое определяется как отношение удвоенного числа отключенных цилиндров i_откл к числу работающих i_раб плюс единица: = + 1 (1) Справедливость приведенной формулы (1) поясняется таблицей расчета увеличения воздушного заряда работающего цилиндра при перепуске в него сжатого воздуха из отключенных цилиндров на примере шести, десяти и двенадцатицилиндровых двигателей, где за единицу измерения воздушного заряда условно принят один объем цилиндров при идентичных значениях давления и температуры воздуха.

Так например, для шестицилиндрового двигателя при отключении трех цилиндров за каждый рабочий цикл (два оборота коленчатого вала четырехтактного двигателя) отключенные цилиндры, работающие в режиме двухтактного компрессора, подают в перепускной ресивер 2× 3 6 воздушных зарядов. Каждый работающий цилиндр до перепуска в него воздуха из перепускного ресивера имеет свой воздушный заряд (заполнение цилиндра на такте "Впуск"), а после перепуска сжатого воздуха из перепускного ресивера в работающие цилиндры суммарное количество воздуха в них составляет 3 + 6 9 воздушных заряда, т. е. на каждый работающий цилиндр приходится 9 3 3 воздушных заряда.

Аналогично можно рассчитать увеличение воздушного заряда для любого числа работающих и отключенных цилиндров: для десятицилиндрового двигателя отключение двух цилиндров увеличивает воздушный заряд каждого из восьми работающих цилиндров в 1,5 раза, а отключение шести цилиндров в 4 раза и т. д. Формула (1) позволяет производить данные расчеты = +1 1,5 отключено 2 цилиндра из десяти, = +1 4 отключено шесть цилиндров из десяти.

Для повышения топливной экономичности двигателя необходимо обеспечить оптимальное соотношение воздуха и топлива в цилиндре, т. е. оптимальный коэффициент избытка воздуха α_раб= , (2) где G_аir ^цикл количество воздуха в цилиндре.

Если за оптимальное принять эталонное значение α_этап то относительное значение изменения коэффициента избытка воздуха равно (3), а общее изменение величины цикловой подачи топлива составит + 1 (4), Определить значение коэффициента избытка воздуха в работающих цилиндрах можно путем замера расходов воздуха и топлива, а также путем проведения химического анализа газов в цилиндре.

П р и м е р. α_раб 1,5; α_этал 2,0; тогда 0,75 т. е. возрастание цикловой подачи топлива изменяется в 0,75 раза.

Для обеспечения равномерной загрузки работающих цилиндров количество сжатого воздуха, перепускаемого в каждый работающий цилиндр, изменяют пропорционально отношению общего (суммарного) количества воздуха, отобранного из отключенных цилиндров, к количеству работающих цилиндров G_air= (5)
Регулируют количество перепускного воздуха путем изменения продолжительности открытия перепускных клапанов, которые могут иметь электрогидравлический привод с программным управлением открытия и закрытия клапанов в зависимости от угла поворота вала двигателя, либо за счет применения сдвоенных механизмов отключения и сдвоенных кулачков для каждого клапана.

Таким образом, предлагаемый способ работы четырехтактного двигателя внутреннего сгорания с отключенными цилиндрами позволяет повысить эффективность работы за счет повышения мощности и экономичности путем изменения цикловой подачи топлива в зависимости от числа работающих и отключенных цилиндров, а также с учетом воздушно-топливного состава смеси в цилиндре.

Предлагаемый способ экспериментально опробован на двигателе 6ЧН21/21 и может быть использован на двигателях различного назначения и иных размерностей.

Формула изобретения

1. СПОСОБ РАБОТЫ ЧЕТЫРЕХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ОТКЛЮЧАЕМЫМИ ЦИЛИНДРАМИ, при котором на режимах холостого хода и малых нагрузках осуществляют прекращение подачи топлива в часть цилиндров с одновременным увеличением цикловой подачи топлива в работающие цилиндры, отключенные цилиндры переводят в режим работы двухтактового компрессора, процессы заполнения и сжатия в отключенных цилиндрах производят дважды за рабочий цикл, сжатый воздух, отобранный от одного из отключенных цилиндров путем открытия перепускного клапана и сообщения тем самым цилиндра с перепускным ресивером, направляют во второй отключенный цилиндр, в котором закончился процесс наполнения, путем открытия перепускного клапана этого цилиндра и сообщения тем самым перепускного ресивера с вторым отключенным цилиндром, добавочно сжимают воздух во втором цилиндре и подают в работающий цилиндр путем открытия перепускного клапана этого цилиндра и сообщения тем самым перепускного ресивера с работающим цилиндром, отличающийся тем, что определяют число отключенных и работающих цилиндров и цикловую подачу топлива в работающие цилиндры увеличивают пропорционально отношению удвоенного числа отключенных цилиндров к числу работающих плюс единица.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что определяют значение коэффициента избытка воздуха в работающих цилиндрах, сравнивают его с эталонным значением и цикловую подачу топлива изменяют обратно пропорционально отношению эталонного и определенного значений.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что определяют общее количество воздуха, отобранного от отключенных цилиндров, а количество сжатого воздуха, перепускаемого в каждый работающий цилиндр с помощью открытия перепускных клапанов, изменяют пропорционально отношению общего количества воздуха, отобранного от отключенных цилиндров, к количеству работающих цилиндров.

4. Способ по пп.1-3, отличающийся тем, что регулирование количества перепускаемого воздуха осуществляют изменением продолжительности открытия перепускных клапанов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3