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 5 управления, датчики 6 углового положения кулачков, датчики 7 положения поршня, датчики 10 положения органа 9 управления мощностью двигателя. Датчики 8 величины нагрузки связаны с блоком 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. 6 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 в работе, 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 к предлагаемому 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, 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 положения поршня, датчика нагрузки и датчика положения органа управления мощностью двигателя, связанных с блоком управления. Последней содержит преобразователь сигнала датчика положения органа управления мощностью двигателя с информационными выходами и схему включения исполнительного механизма, выполненную в виде коммутационного устройства с информационными входами, соединенными с датчиками положения поршня и управляющими входами, подключенными к выходам преобразователя сигнала, D-триггер, информационный вход которого соединен с датчиком нагрузки, вход обнуления - с выходом коммутационного устройства, а выход - с исполнительным механизмом. Датчик положения органом управления мощностью двигателя выполнен в виде потенциометра, движок которого кинематически связан с органом управления мощностью двигателя, преобразователь сигнала в виде последовательно соединенных преобразователя частота-напряжение и аналого-цифрового преобразователя, а коммутационное устройство в виде мультиплексора.

Исполнительные механизмы выполнены с пневматическим приводом, с электромагнитным приводом, механизмы привода клапанов выполнены с коромыслами, коромысла выполнены 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.

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 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 положения поршней и датчиков 8 нагрузки, органа 9 управления мощностью двигателя, датчиков 10 положения органа 9. Блок управления 5 содержит преобразователь 11 сигнала датчика 10 с информационными выходами и схему 12 включения исполнительного механизма, содержащую коммутационное устройство 13 с информационными входами 14, соединенными с датчиками 7, D-триггер 15, информационный вход которого подключен к датчику 8, вход синхронизации - к датчику 6, вход обнуления - к выходу коммутационного устройства 13, а выход - с исполнительным механизмом 4. Количество схем 12 в блоке управления равно числу цилиндров в двигателе, а количество информационных входов в каждом из коммутационных устройств соответствует числу пар датчиков 7. Датчик положения органом управления мощностью двигателя выполнен в виде потенциометра, движок которого кинематически связан с органом управления 9 мощностью двигателя, преобразователь 11 сигнала - в виде последовательно соединенных преобразователя 21 частота-напряжение и аналого-цифрового преобразователя 22, а коммутационное устройство 13 - в виде мультиплексора. В состав блока управления 5 включения исполнительного механизма входят формирователи сигналов 16-19 и 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 этом в режиме полной нагрузки на информационный вход D-триггера 15 поступает нулевой сигнал и триггер 15 не изменяет своего состояния при подаче импульса на вход синхронизации, а исполнительный механизм отключен.

При переходе на режим частичных нагрузок срабатывает датчик 8, подавая в "единичный" сигнал на информационный вход триггера 15, который во время такта впуска по сигналу датчика 6 переключается и включает исполнительный механизм 4. В зависимости от настройки датчиков 6 исполнительный механизм 4 может или принудительно открыть впускной клапан 1 раньше чем его должен открыть кулачок 2, или же впускной клапан 1 может быть открыт кулачком 2, а исполнительный механизм поддерживать впускной клапан 1 постоянно открытым. После завершения такта впуска, во время которого впускной клапан остается постоянно открытым, поршень двигателя начинает движение от нижней мертвой точки НМТ к ВМТ, выталкивает лишний заряд из цилиндра, обеспечивая тем самым регулирование оптимального количества свежего заряда для данной нагрузки.

Аналоговый сигнал с датчика 10 положения органа 9 (например, педаль акселератора) преобразуется с помощью преобразо- вателя 11 сигнала в цифровой код, в зависимости от которого вход "обнуления" триггера 15 соединяется с тем или иным датчиком 7 положения поршня. При достижении поршнем выбранного датчика 7 последний срабатывает и обнуляет триггер 15, который отключает исполнительный механизм 4 и клапан 1 закрывается во время такта сжатия, а поршень продолжает сжимать оставшийся свежий заряд в цилиндре двигателя.

Таким образом, устройство позволяет не только регулировать оптимальное количество свежего заряда, но и за счет устранения сопротивления при выпуске и разрежении в цилиндре на такте впуска повысить КПД двигателя.

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 положения поршня, датчика нагрузки и датчика положения органа управления мощностью двигателя, связанных с блоком управления, последний содержит преобразователь сигнала датчика положения органа управления мощностью двигателя с информационными выходами и схему включения исполнительного механизма, выполненную в виде коммутационного устройства с информационными входами, соединенными с датчиками положения поршня и управляющими входами, подключенными к выходам преобразователя сигнала, D-триггер, информационный вход которого соединен с датчиком нагрузки, вход обнуления - с выходом коммутационного устройства, выход - с исполнительным механизмом, а вход синхронизации - с датчиком углового положения кулачка.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что датчик положения органов управления мощностью двигателя выполнен в виде потенциометра, движок которого кинематически связан с органом управления мощностью двигателя, преобразователь сигнала - в виде последовательно соединенных преобразователя частота-напряжение и аналого-цифрового преобразователя, а коммутационное устройство - в виде мультиплексора.

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.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3