Система управления двигателем внутреннего сгорания с отключаемыми цилиндрами

 

Изобретение относится к системам управления и регулирования двигателей внутреннего сгорания с отключенными цилиндрами. Система управления двигателем внутреннего сгорания с отключаемыми цилиндрами содержит гидравлические механизмы отключения газообмена с управляющими и сливными магистралями, механизм отключения топливоподачи, топливный насос высокого давления с приводом и источник давления рабочей жидкости с напорной магистралью. Распределительное устройство связывает напорную, управляющие и сливные магистрали. Многопозиционный переключатель режимов работы двигателя с двумя группами неподвижных контактов подключен к источнику электрического питания, система снабжена источником сжатого воздуха, запорным устройством и воздушной магистралью. Распределительное устройство выполнено в виде полого цилиндра с перегородкой, образующей воздушную и гидравлическую полости с размещенными в них с возможностью перемещения и подпружиненными воздушным и гидравлическим поршнями, соединенными между собой штоком. В гидравлическом поршне выполнен канал, сообщающий в одном из крайних положений поршня управляющую магистраль с нагнетательной, а в другом - со сливной. Источник сжатого воздуха сообщен воздушной магистралью через запорное устройство с воздушной полостью распределительного устройства и с механизмом отключения топливоподачи. Технический результат заключается в упрощении системы. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к системам управления и регулирования двигателей внутреннего сгорания с отключаемыми цилиндрами.

Известна система отключения цилиндров двигателя внутреннего сгорания (SU, авторское свидетельство N 1116200, кл. F 02 D, 1984), содержащая группы отключаемых цилиндров, выпускные трубопроводы с дроссельными заслонками и синхронизирующим механизмом, регулятор частоты вращения, диафрагменный механизм.

Известная система не обеспечивает синхронного отключения цилиндров по газообмену и топливоподаче в зависимости от режима работы двигателя.

Известна система отключения цилиндров двигателя внутреннего сгорания (Е. А. Никитин и др. Тепловозные дизели типа Д49. - М.: Транспорт, 1982, с. 126, 255), содержащая источник сжатого воздуха, сообщенный воздушной магистралью через запорное устройство в виде электромагнитного клапана с механизмом отключения топливоподачи.

Известная система не обеспечивает отключение цилиндров по газообмену.

Теоретически и экспериментально многими исследователями доказано, что отключение части цилиндров двигателя на режимах холостого хода только по топливоподаче уменьшает часовой расход топлива на 2 - 5%, а отключение одновременно по топливоподаче и газообмену снижает часовой расход топлива на 25 - 30%.

Известна система управления двигателем внутреннего сгорания с отключаемыми цилиндрами, принятая за прототип (RU, патент N 2062341, кл. F 02 D 17/02, 1996), содержащая гидравлические механизмы отключения газообмена и топливоподачи с управляющими и сливными магистралями, источник давления рабочей жидкости с напорной магистралью, распределительное устройство, связывающее напорную, управляющие и сливные магистрали, источник электрического питания и многопозиционный переключатель режимов работы двигателя с подвижным и двумя группами неподвижных контактов. Кроме того, система содержит блок задержки, следящее устройство в виде датчика перемещений, реле давления, выключатели, сигнальное устройство, причем распределительное устройство выполнено в виде двух электрогидравлических вентилей, включенных в управляющие магистрали механизмов отключения газообмена и топливоподачи, к источнику электрического питания через подвижный и одну из групп неподвижных контактов многопозиционного переключателя подключены реле времени, вентили и сигнальное устройство.

Недостатком известной системы является сложность конструкции, когда отключение цилиндров по газообмену и топливоподаче производится гидравлическими механизмами.

Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции системы, замена гидравлического механизма отключения топливоподачи на пневматический, объединение пневмосистемы отключения топливоподачи с гидросистемой отключения газообмена, а также повышение надежности отключения цилиндров по газообмену и топливоподаче.

Указанный технический результат достигается тем, что система управления двигателем внутреннего сгорания с отключаемыми цилиндрами, содержащая гидравлические механизмы отключения газообмена с управляющими и сливными магистралями, механизм отключения топливоподачи, топливный насос высокого давления с приводом, источник давления рабочей жидкости с напорной магистралью, распределительное устройство, связывающее напорную, управляющие и сливные магистрали, многопозиционный переключатель режимов работы двигателя с двумя группами неподвижных контактов и с подвижным контактом, подключенным к источнику электрического питания, дополнительно снабжена источником сжатого воздуха, запорным устройством и воздушной магистралью, причем распределительное устройство выполнено в виде полого цилиндра с перегородкой, образующей воздушную и гидравлическую полости с размещенными в них с возможностью перемещения и подпружиненными воздушным и гидравлическим поршнями, соединенными между собой штоком, в гидравлическом поршне выполнен канал, сообщающий в одном из крайних положений поршня управляющую магистраль с нагнетательной, а в другом - со сливной, источник сжатого воздуха сообщен воздушной магистралью через запорное устройство с воздушной полостью распределительного устройства и с механизмом отключения топливоподачи.

Кроме того, запорное устройство выполнено в виде электромагнитного клапана, подключенного своей электрической частью к одной из групп неподвижных контактов многопозиционного переключателя режимов работы двигателя, механизм отключения топливоподачи выполнен в виде пневмоцилиндра с поршнем и штоком, причем шток соединен одним концом с поршнем, а вторым концом с приводом топливного насоса высокого давления, в воздушной магистрали перед распределительным устройством установлен дроссель.

На чертеже представлена схема системы управления.

Устройство системы управления содержит кулачок газораспределения 1, который через рычаг 2 может взаимодействовать с гидравлическим механизмом отключения газообмена 3, плунжер 4 которого опирается на газораспределительный клапан 5.

Полый цилиндр 6 распределительного устройства с перегородкой 7 образуют воздушную полость 8 и гидравлическую полость 9, в которых размещены воздушный поршень 10 и гидравлический поршень 11, скрепленные штоком 12 и опирающиеся на пружину 13. В поршне 11 имеется канал 14, сообщающий управляющую магистраль 15 либо с напорной 16, либо со сливной 17 магистралями.

Источник давления 18 рабочей жидкости, например шестеренчатый насос, сообщен магистралью 16 с гидравлической полостью 9 распределительного устройства и магистралью 19 с резервуаром 20.

Источник сжатого воздуха 21 через запорное устройство 22 воздушной магистралью 23 сообщен с пневмоцилиндром 24 механизма отключения топливоподачи и через дроссель 25 с воздушной полостью 8 распределительного устройства. Механизм отключения топливоподачи, кроме пневмоцилиндра 24, содержит поршень 26, скрепленный со штоком 27 и подпружиненный пружиной 28, шток 27 другим концом соединен с приводом 29 топливного насоса высокого давления 30, связанного с топливным кулачком 31, форсункой 32 и всережимным регулятором 33. Воздушная магистраль 23 через запорное устройство 22 соединена со стравливающим каналом 34. Запорное устройство 22 может быть выполнено, например, в виде электромагнитного клапана 35, подключенного к группе неподвижных контактов 36 (поз. I-IV) позиционного переключателя 37, подвижный контакт 38 которого подключен к источнику электрического питания 39.

Контакты I - VIII переключателя 37 являются позициями режимов работы двигателя, причем позиции I-IV соответствуют режимам холостого хода и малых нагрузок, где целесообразно отключение заданных цилиндров двигателя внутреннего сгорания (на чертеже не показано), а позиции V - VIII соответствуют режимам, где отключение цилиндров двигателя неэффективно либо недопустимо.

В качестве многопозиционного переключателя 37 может быть использован контроллер машиниста тепловоза, источником электрического питания 39 служит сеть установки (например, тепловоза, путевой машины и т. д.), а источником сжатого воздуха 21 - система ее воздухоснабжения.

Стрелками (в магистралях 16 и 17) на чертеже показано направление движения жидкостей. В качестве рабочей жидкости может быть использовано масло двигателя.

Система работает следующим образом.

В исходном состоянии, изображенном на чертеже, запорное устройство 22 находится в закрытом положении, при котором воздушная магистраль 23 сообщена со стравливающим каналом 34 (с атмосферой), а сжатый воздух от источника 21 в магистраль 23 не поступает.

Поршни 10 и 11 распределительного устройства под действием пружины 13 находятся в верхнем положении. При этом рабочая жидкость (масло) из резервуара 20 насосом 18 по магистралям 19 и 16 подается к распределительному устройству, где по каналу 14 и далее по управляющей магистрали 15 поступает, минуя рычаг 2, к механизму отключения газообмена 3, заполняя внутреннюю полость механизма и обеспечивая тем самым передачу усилия от кулачка газораспределения 1 через рычаг 2, механизм отключения газообмена 3 и плунжер 4 на газораспределительный клапан 5.

Отсутствие подачи сжатого воздуха по магистрали 23 к пневмоцилиндру 24 механизма отключения топливоподачи не оказывает влияния на работу двигателя, и всережимный регулятор 33 через привод 29 управляет работой (выдвижением рейки) топливного насоса высокого давления 30, который в свою очередь при вращении топливного кулачка 31 обеспечивает подачу топлива к форсунке 32. Аналогично работают все цилиндры двигателя.

Таким образом, двигатель работает со всеми включенными цилиндрами как по газообмену, так и по топливоподаче.

При переводе запорного устройства 22 в открытое положение, при котором сообщение воздушной магистрали 23 с атмосферой отсутствует, а сжатый воздух от источника 21 по магистрали 23 поступает к пневмоцилиндру 24 и через дроссель 25 в воздушную полость 8 распределительного устройства, поршни 10 и 11, пересиливая пружину 13, перемещаются в нижнее положение и канал 14 сообщает управляющую магистраль 15 со сливной магистралью 17. Масло из внутренней полости механизма отключения газообмена 3, минуя рычаг 2, по магистралям 15 и 17 сливается в резервуар 20. Усилие от вращения кулачка газораспределения 1 не передается на плунжер 4 механизма отключения газообмена 3 и газораспределительный клапан 5 остается в закрытом положении. Аналогично работают все клапаны отключенных цилиндров, т.е. заданные цилиндры двигателя отключены по газообмену.

Одновременно сжатый воздух, поступающий в пневмоцилиндр 24, пересиливая пружину 28, перемещает поршень 26 вниз и через шток 27 воздействует на привод 29, переводя рейку топливного насоса высокого давления 30 в положение нулевой подачи топлива (в нижнее). Подачи топлива к форсунке 32 не происходит. Аналогично прекращается подача топлива к форсункам всех отключаемых цилиндров двигателя - заданные цилиндры отключены по топливоподаче.

Таким образом, заданные цилиндры двигателя отключены как по газообмену за счет гидросистемы, так и по топливоподаче за счет пневмосистемы.

Запорное устройство 22 может быть выполнено в виде крана, управляемого вручную, а в качестве стравливающего канала 34 могут служить технологические зазоры в элементах пневмосистемы.

При автоматическом управлении включением-отключением цилиндров двигателя запорное устройство 22 выполняется в виде электромагнитного клапана 35, подключенного своей электрической частью к группе неподвижных контактов 36 (позиции I-IV). При положении подвижного контакта 38 многопозиционного переключателя режимов работы двигателя 37, показанном на чертеже, (например, позиция IV) подачи электрического питания от сети 39 к электромагнитному клапану 35 не происходит, запорное устройство 22 закрыто, а воздушная магистраль 23 сообщена с атмосферой.

При переводе подвижного контакта 38 к группе неподвижных контактов 36 (позиции I - IV) электрическое питание от сети 39 через контакты 38 и 36 запитывает электромагнитный клапан 35, запорное устройство 22 открывается и сжатый воздух из источника 21 поступает в магистраль 23.

Дроссель 25, являющийся дополнительным сопротивлением в воздушной магистрали, служит для опережающего отключения топливоподачи относительно прекращения газообмена при выключении цилиндров двигателя, что необходимо для устранения перерасхода топлива, разжижения масла и недопущения гидроудара поршня о крышку цилиндра. Наличие дросселя 25 обеспечивает запаздывание перемещения поршней 10 и 11 распределительного устройства относительно поршня 26 механизма отключения топливоподачи.

В качестве дросселя 25 может быть соответствующий подбор сечений участков воздушных магистралей.

Предлагаемая система управления разработана применительно к дизелям типа Д49.

Следует иметь в виду, что значительное количество тепловозных дизелей в серийном исполнении уже оборудованы пневмосистемой отключения топливоподачи, а следовательно, модернизация двигателей по предлагаемому варианту путем объединения пневмосистемы отключения топливоподачи с гидросистемой отключения газораспределительных клапанов является более простым решением по сравнению с вариантом отключения цилиндров как по топливоподаче, так и по газообмену с помощью только гидросистем.

Формула изобретения

1. Система управления двигателем внутреннего сгорания с отключаемыми цилиндрами, содержащая гидравлические механизмы отключения газообмена с управляющими и сливными магистралями, механизм отключения топливоподачи, топливный насос высокого давления с приводом, источник давления рабочей жидкости с напорной магистралью, распределительное устройство, связывающее напорную, управляющие и сливные магистрали, многопозиционный переключатель режимов работы двигателя с двумя группами неподвижных контактов и с подвижным контактом, подключенным к источнику электрического питания, отличающаяся тем, что система снабжена источником сжатого воздуха, запорным устройством и воздушной магистралью, причем распределительное устройство выполнено в виде полого цилиндра с перегородкой, образующей воздушную и гидравлическую полости с размещенными в них с возможностью перемещения и подпружиненными воздушным и гидравлическим поршнями, соединенными между собой штоком, в гидравлическом поршне выполнен канал, сообщающий в одном из крайних положений поршня управляющую магистраль с нагнетательной, а в другом - со сливной, источник сжатого воздуха сообщен воздушной магистралью через запорное устройство с воздушной полостью распределительного устройства и механизмом отключения топливоподачи.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что запорное устройство выполнено в виде электромагнитного клапана, подключенного своей электрической частью к одной из групп неподвижных контактов многопозиционного переключателя режимов работы двигателя.

3. Система по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что механизм отключения топливоподачи выполнен в виде пневмоцилиндра с подпружиненным поршнем и штоком, причем шток соединен одним концом с поршнем, а вторым концом с приводом топливного насоса высокого давления.

4. Система по пп. 1 - 3, отличающаяся тем, что в воздушной магистрали перед распределительным устройством установлен дроссель.

РИСУНКИ

Рисунок 1

PC4A - Регистрация договора об уступке патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Прежний патентообладатель:Федеральное государственное унитарное предприятие Всероссийский научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава Министерства путей сообщения Российской Федерации

(73) Патентообладатель:Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава"

Договор № РД0041905 зарегистрирован 10.10.2008

Извещение опубликовано: 20.11.2008        БИ: 32/2008