Способ регулирования двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления

 

1. Способ регулирования двигателя внутреннего сгорания путем чередования отключений и включений подачи топлива в цилиндры, отличающийся тем, что, с целью упрощения, расширения области применения и повышения эффективности, задают частоту враш,ения вала и соответствующее ей эталонное значение средней угловой скорости вала на контрольном участке рабочих циклов, имеюшем неизменную угловую продолжительность на такте сжатия, измеряют текущее значение угловой скорости, определяют знак разности между эталонным и текущим значениями указанной скорости в каждом рабочем цикле и по полученному знаку формируют сигнал на устранение этой разности, для чего осуществ.тяют соответствующее отключение или включение подачи топлива на последующем участке рабочего цикла.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (50 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3539722/25-06 (22) 12.01.83 (46) 07.11.85. Бюл. № 41 (71) Ставропольский политехнический институт (72) Н. И. Бородастов (53) 621.436-545 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 550485, кл. F 02 D 17/02, 1977. (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ, (57) 1. Способ регулирования двигателя внутреннего сгорания путем чередования отключений и включений подачи топлива в

„„SU„„1190074 цилиндры, отличающийся тем, что, с целью упрощения, расширения области применения и повышения эффективности, задают частоту вращения вала и соответствующее ей эталонное значение средней угловой скорости вала на контрольном участке рабочих циклов, имеющем неизменную угловую продолжительность на такте сжатия, измеряют текущее значение угловой скорости, определяют знак разности между эталонным и текущим значениями указанной скорости в каждом рабочем цикле и по полученному знаку формируют сигнал на устранение этой разности, для чего осуществляют соответствующее отключение или включение подачи топлива на последующем участке рабочего цикла.

1190074

2. Способ по п. 1 отличающийся тем, что угловую продолжительность контрольного участка рабочих циклов задают в пределах двух тактов.

3. Устройство регулирования двигателя внутреннего сгорания, содержащее форсунку, установленную в цилиндре и связанную с топливным насосом через запорный орган, электромагнит привода запорного органа, соединенный с источником тока, 1

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использовано в устройствах для регулирования двигателей.

Цель изобретения — упрощение, расширение области применения и повышение эффективности регулирования двигателя.

На чертеже приведена принципиальная схема устройства для осуществления регулирования двигателя предлагаемым способом.

Устройство содержит для каждого из цилиндров форсунку 1, связанную через нагнетательную магистраль 2 с топливным насосом 3 плунжерного типа, нерегулируемым по цикловой подаче. В нагнетательной магистрали перед каждой форсункой установлен нормально закрытый запорный орган 4 золотникового типа. Дренажной магистралью

5 он связан с полостью низкого давления насоса 3. Запорный орган кинематически связан с рабочим органом 6 электромагнита 7, также индивидуального для каждого из цилиндров.

Электромагнит имеет удержива ющую

8 и тяговую 9 катушки. Удерживающая катушка одной из клемм соединена с источником 10 тока, связанным с электрической массой через замок 11. Другая клемма 8 связана с индивидуальным неподвижным контактом 12, установленным на корпусе 13 прерывателя. Тяговая катушка 9 одной из клемм связана с аналогичным контактом 14, а другой клеммой соединена с общим для всех цилиндров двигателя задатчиком 15 режима. Он выполнен в виде реостата, имеет рычаг 16 управления двигателем и может быть отнесен на пульт управления. Через задатчик режима катушка 9 каждого из электромагнитов связана с источником 10 тока. Неподвижные контакты

12 и 14, индивидуальные для каждого из цилиндров, размещены парами на корпусе 13 по его окружности с учетом сдвига рабочих процессов в цилиндрах. Для двухцилиндрового двигателя эти контакты

40 и прерыватель тока электромагнита, кинематически связанный с валом двигателя, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения и повышения эффективности, электромагнит снабжен по меньшей мере двумя катушками, каждая из которых включена в цепь источника тока через прерыватель, причем одна из катушек снабжена задатчиком режима работы, выполненным в виде реостата и снабженным органом управления двигателем. расположены в диаметрально противоположных точках, как показано на схеме.

В корпусе 13. размещенном на торце насоса 3, установлен ротор 17 прерывателя, который в устройстве для многоцилиндрового двигателя является одновременно распределителем. Ротор жестко закреплен на продолжении вала 18 топливного насоса

3, кинематически связанного с коленчатым валом двигателя. Через щетку 19 и корпус

13 ротор связан с электрической массой.

Подвижные контакты ротора выполнены в виде токопроводных участков 20 и 21 на контактных дорожках, покрытых диэлектриком на остальных участках. Положение и протяженность токопроводных участков зависят от типа и оборотности двигателя и связаны с фазами рабочего цикла так, что дуга участка 20 предшествует периоду подачи в цилиндр топлива и занимает, например, восьмую часть такта. Этот контрольный участок рабочего цикла для дизелей соответствует четвертой четверти такта сжатия, для быстроходного двигателя с впрыском бензина в такте сжатия этот участок длиннее и сдвинут на конечную часть такта впуска. Дуга участка 21 по фазе рабочего цикла перекрывает участок 20 и, дополнительно, весь период подачи топлива в цилиндр.

Работу и регулирование двигателя устройство обеспечивает следующим образом.

Насос 3 осуществляет подачу топлива к каждому из запорных органов 4 в нерегулируемом количестве в соответствии с порядком работы цилиндров. При выключенном замке 11 электромагниты 7 постоянно обесточены и не срабатывают, а нормально закрытые запорные органы перепускают подаваемое топливо через дренажные магистрали 5 в полость низкого давления насоса 3. Поэтому покрутка двигателя при отключенном источнике IO тока не вызывает расход топлива.

При включенном замке 11 и конечном значении сопротивления задатчика !5 режима,установленного рычагом 16 соответствен1

3 но требуемой скорости вала двигателя на регуляторном режиме, импульсы тока в катушках электромагнитов 7 возникают в соответствии с порядком работы цилиндров. В катушках 9 импульсы возникают в периоды замкнутого состояния контактов

20, а в катушках 8 — в период замкнутого состояния контактов 21 и при любом положении рычага 6 задатчика 15 режима. Срабатывание каждого электромагнита происходит в период одновременного включения в цепь источника тока его катушек

8 и 9, т. е. на участке. рабочих циклов, предшествующем подаче топлива.

При срабатывании электромагнита запорный орган 4 перекрывает дренажную магистраль 5 и сообшает насос с форсункой 1.

Удержание запорного органа в заданном положении электромагнит обеспечивает с помощью катушки 8 на весь период подачи топлива. После окончания подачи при размыкании контактов 21 рабочий орган

6 электромагнита и запорный орган 4 возвращаются в исходное положение.

В каждом из последующих рабочих циклов, совершающихся в любом из цилиндров двигателя, срабатывание электромагнитов и подача в цилиндры топлива могут совершаться в указанной последовательности при условии, что сила тока в катушках 9 не меньше тока срабатывания электромагнита. Ток срабатывания зависит от конструкции электромагнита и связанного с его рабочим органом 6 запорного клапана 4 и для заданной конструкции величина постоянная. Действительная величина максимальной силы тока в катушке 9 при прочих одинаковых условиях зависит от длительности замкнутого состояния контактов

21 и уменьшается с ростом частоты вращения ротора 17, связанного с валом двигателя, а при неизменной частоте зависит от напряжения источника 10 тока и сопротивления в цепи, заданного рычагом 16. Поэтому для каждого положения рычага 16 при неизменном напряжении источника 10 тока есть ограниченная сверху предельная частота вращения вала двигателя, при которой срабатывания электромагнитов еще происходят во всех циклах.

Вследствие этого при неполных нагрузках двигатель всегда выходит на такой повышенный скоростной режим, заданный величиной сопротивления задатчика 15 режима, при котором электромагниты работают на пределе по току срабатывания и, следовательно, отзываются пропусками срабатывания и срабатыванием на межцикловые колебания значений средней угловой скорости вращения коленчатого вала на контрольном участке рабочих циклов, соответствующем периоду замкнутого состояния контактов 20. В тех циклах, в которых средняя угловая скорость вала на указанном участке превышает эталонное значение, соответствующее току срабатывания, 190074

5

45 электромагниты не срабатывают, и происходит отключение подачи топлива. Если угловая скорость на участке не превышает эталон или равна ему, то электромагниты срабатывают и осуществляется подача топлива в соответствующий цилиндр.

В минуту число циклов с положительной и отрицательной разностью скоростей зависит от нагрузки двигателя, определяющей разгон, а также замедление вала, например, в периоды, следующие за отключениями подачи топлива. Увеличение нагрузки вызывает более интенсивное замедление коленчатого вала в периоды, соответствующие пропускам сгорания в цилиндрах, поэтому число отключений сокращается прежде, чем изменится существенно частота вращения вала двигателя. При уменьшении нагрузки торможение вала менее интенсивное и число последовательных циклов с отключениями подачи топлива возрастает.

Вследствие этого при работе двигателя на регуляторной характеристике регулирование осуществляется по импульсу. обусловленному изменением нагрузки и воспринимаемому тем же чувствительным элементом — электромагнитом. При полной нагрузке и пониженной (относительно заданной) частоте вращения вала этот импульс исчезает.

Такой автоматический контроль за знаком разности угловых скоростей в каждом из рабочих циклов всегда направлен на устранение разности между текущим и эталонным значением угловой скорости, осуществляется с помощью электромагнитов запорных органов (исполнительных органов) и потому обеспечивает наиболее равномерное чередование отключений подачи топлива или групп отключений и минимальные отключения частоты вращения вала от заданного значения. В результате получается регуляторная характеристика, близкая к астатической. Причем, качество регулирования возрастает при уменьшении разброса характеристик электромагнитов (в многоцилиндровом двигателе) по току срабатывания и увеличении числа цилиндров и частоты вращения коленчатого вала.

На полной нагрузке пропуски подачи топлива исключаются, а при дальнейшем увеличении нагрузки частота вращения коленчатого вала снижается. В этом случае, соответствующем работе двигателя по внешней характеристике, все цилиндры работают без пропусков сгорания, поскольку время замкнутого состояния контактов 20 всегда больше минимально необходимого для срабатывания электромагнитов и впрыска топлива. Наоборот, при разгрузке двигателя он разгоняется и автоматически переходит на регуляторную характеристику при достижении частоты вращения, заданной ранее положением рычага 16. Таким

1190074

Составитель В. Ищенко

Редактор Н. Яцола Техред И. Верес Корректор Е. Рошко

Заказ 6941/36 Тираж 537 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 образом, перемещением рычага 16 задают конечное значение сопротивления задатчика 15 режима, и тем самым задают частоту вращения вала, требуемую на регуляторной характеристике, и соответствующее этой частоте эталонное значение средней угловой скорости на контрольном участке рабочих циклов.

Для увеличения частоты вращения коленчатого вала, соответствующей работе на регуляторе, рычаг 16 перемещают в сторону уменьшения сопротивления задатчика.

Уменьшение сопротивления увеличивает ток в катушках 9 каждого из электромагнитов и обеспечивает возможноть их срабатывания при повышенной частоте. Минимальное допустимое сопротивление соответствует максимальной частоте вращения коленчатого вала, ограничиваемой условиями прочности двигателя. Торможение двигателя при таком сопротивлении задатчика обеспечивает выход сначала на максимальную мощность, затем на номинальную, и, далее, на минимальную, соответствующую устойчивой работе двигателя при минимальной частоте вращения вала.

Разгон или замедление двигателя при неизменном моменте сопротивления и наличии запаса мощности осуществляют соответствующими по направлению и скорости перемещениями рычага 16. Причем, при мгновенных перемещениях рычага в новое положение будет осуществляться либо разгон при бесперебойной работе всех цилиндров, либо замедление при отключении всех цилиндров.

Устойчивые минимальные обороты холостого хода получают при большом сопротивлении задатчика режима. Дальнейшее увеличение его сопротивления вызывает остановку двигателя. Пропуски срабатывания электромагнитов во всех циклах обеспечиваются не только запредельным увеличением сопротивления задатчика режима, выключением замка 11, но также прокруткой двигателя с частотой, превышающей ее предельную величину, заданную рычагом 16. Начальный период запуска двигателя осуществляется на всех цилиндрах, поскольку скорость коленчатого вала меньше заданной.

При прочих равных условиях увеличение напряжения источника 10 тока увеличивает, а уменьшение напряжения уменьшает силу тока в обмотках электромагнитов и соответственно изменяет положение регуляторной ветви на внешней характеристике двигателя. Поэтому использование источника тока изменяемого напряжения создает возможность регулирования двигателя, упрощения автоматического управления, например, скоростью транспортной машины.

Регулирование двигателя предлагаемым способом обеспечивается на всех ре10 жимах только чередованием отключений и включений подачи топлива в цилиндры.

При этом полностью используется возможность повышения экономичности двигателя на частичных нагрузках за счет работы неотключенных цилиндров при наибольшей подаче топлива и наибольшем значении индикаторного КПД.

Конструкция устройства, не имеющего таких характерных для известного устройства элементов, как всережимный регуля20 тор, рейка топливного насоса, концевой включатель всех цилиндров, механизм изменения диапазона регулирования, значительно упрощается, а процессы регулирования облегчаются. Плунжеры топливного насоса проще в изготовлении, так как не должны иметь винтовых проточек. Качество регулирования повышается так, что обеспечивается получение близких к астатическим регуляторных характеристик. Это преимущество имеет важное значение, например, для дизель-электрических генераЗ0 торов, на которых подобные характеристики получают с помощью сложных и дорогих регуляторов непрямого действия.

Устройство для осу ществления предлагаемого способа автоматически отключает все цилиндры с ротором скорости двигателя сверх заданной, например при движении транспортной машины накатом, что способствует дополнительному повышению топливной экономичности, обеспечивает возможность принудительного изме40 нения режимов двигателя дистанционным задатчиком режима, имеющим с топливным насосом электрическую связь. Кроме того, оно позволяет использовать для регулирования источник тока переменного напряжения, например, при автоматизации управления

45 скоростью транспортной машины.

Упрощение регулирования предлагаемым способом при нерегулируемой цикловой подаче топлива создает широкие возможности для использования впрыска на

50 тензиновых двигателях с принудительным зажиганием вместо карбюрации.