СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F02D1/04 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к транспортным средствам и двигателям к ним.

Известен способ управления транспортным средством, например, автомобилем, применяемый любым водителем в целях обеспечения безопасности движения и нормальной эксплуатации технического средства и заключающийся в том, что водитель визуально и органолептически оценивает работу транспортного средства, преимущественно режим движения колес (проскальзывание колес в результате изменения характера покрытия дороги, либо по причине стертости протектора и др. ), после чего изменяет величину передаваемой на колеса мощности от двигателя путем изменения передаточного числа в коробке передач, включения в работу тормозных систем и т.п. (Карягин А.В. и др. Учебник автомобиля. Ф и С. М. 1958, глава 2. Управление автомобилем на дорогах).

Известен также способ управления двигателем транспортного средства, включающий изменение передаваемой на колеса транспортного средства мощности двигателя при отключении характерного параметра от заданного двигателя при отключении характерного параметра от заданного значения (авт. св. N 1714177, F 02 D 1/04).

Данный способ принят в качестве прототипа одного из самостоятельных объектов предлагаемого комплекса технических решений.

Существенными недостатками прототипа, не позволяющими достичь поставленной нами цели являются то, что в качестве характерного параметра в данном способе используется параметр изменения скорости транспортного средства, т. е. усредненный параметр, не дающий представления о характере сцепления каждого колеса транспортного средства с дорогой и не позволяющий определить мощность, которую необходимо подавать на каждое из колес транспортного средства.

Известно устройство управления комбинированным двигателем внутреннего сгорания, содержащим поршневой двигатель внутреннего сгорания с впускным трубопроводом и выхлопным коллектором, силовую турбину, кинематически связанную с валом поршневого двигателя и снабженную газоприемным и газовыпускным патрубками, а также турбокомпрессор наддува поршневого двигателя, в которой турбина снабжена впускным и выхлопным патрубками, а компрессор сообщен воздухонапорным патрубком с впускным трубопроводом поршневого двигателя, перепускной канал с органом перекрытия его сечения, подключенный к воздухонапорному патрубку компрессора и газоприемному патрубку силовой турбины (авт. св. N 1657695, кл. F 02 B 37/00).

Недостатки данного устройства обусловлены общими недостатками, присущи системам управления двигателями внутреннего сгорания, а именно:
конструктивная сложность;
низкая надежность работы.

Известно устройство управления транспортной силовой установкой содержащей один или несколько свободно-поршневых генераторов газа с газовыпускным коллектором и турбины тяговую с выхлопным трубопроводом и вспомогательную для привода электрического генератора собственных нужд (авт. св. N 198056, кл. F 01 D 15/02).

Устройство отличается от известных тем, что вспомогательная турбина подключена к выхлопному трубопроводу тяговой турбины для работы на номинальном режиме, а для стабилизации числа оборотов вспомогательной турбины на частичных режимах последняя при помощи обводного трубопровода соединена с коллектором и на их пересечении установлена газораспределительная заслонка.

Известно также устройство для управления двигателем транспортного средства, имеющим генератор газа, газовыпускной коллектор которого соединен с газовой тяговой турбиной, содержащее датчики характерных параметров, связанные с блоком управления (авт. св. N 1714177, кл. F 02 D 1/04).

По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа другого объекта предлагаемого комплекса технических решений.

Недостатками прототипа, не позволяющими достичь поставленной нами цели, являются следующие:
1. Отсутствие обратной связи, влияющей на работу двигателя транспортного средства в зависимости от изменений режимов движения его колес и позволяющей оказывать необходимое корректирующее воздействие с недоступной для человеческого организма скоростью.

2. Отсутствует возможность индивидуального воздействия на каждое колесо.

Эти недостатки приводят к существенному снижению надежности работы транспортного средства и являются первопричиной огромного количества аварий с ними, происшедших по причине неумения или невозможности водителя правильно оценивать ситуацию и быстро принимать необходимые управленческие действия. Задачей комплекса изобретений является повышение надежности и удобства управления транспортным средством путем обеспечения автоматической обратной связи и формирование управляющих воздействий на двигатель в зависимости от режима работы транспортного средства.

Сущность первого из объектов предлагаемого комплекса изобретений выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше технического результата.

Согласно изобретению в способе управления транспортным средством, включающем изменение передаваемой на колеса транспортного средства мощности двигателя при отклонении характерного параметра от заданного значения, определяют сигнал по степени отклонения от нормального режима движения каждого колеса транспортного средства и используют его в качестве характерного параметра.

В этом заключается совокупность существенных признаков первого из объектов заявленного комплекса технических решений, обеспечивающая получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правой охраны.

Кроме того, предлагаемый объект имеет ряд факультативных признаков, характеризующих частные случаи его практической реализации, а именно:
сигнал, характеризующий степень отклонения от нормального режима формируют в виде величины относительного скольжения колеса транспортного средства.

Сущность второго объекта предлагаемого комплекса изобретений выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше технического результата.

Согласно изобретению в устройстве управления двигателем транспортного средства, включающим генератор газа, газовыпускной коллектор которого соединен с газовой тяговой турбиной, содержащем датчики характерных параметров, связанные с блоком управления, генератор газа выполнен в виде общей камеры сгорания, сообщенной с распределителем газовых потоков, выходные коллекторы которых соединены со сходами газовых тяговых турбин, валы которых связаны с осями колес транспортного средства и в качестве датчиков характерных параметров использованы датчики скольжения колес, причем выходы блока управления подключены к управляющим входам систем управления камерой сгорания и распределителя газовых потоков.

В этом заключается совокупность существенных признаков второго объекта предлагаемого комплекса технических решений, обеспечивающая получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Кроме этого, предлагаемый объект имеет ряд факультативных признаков, характеризующих частные случаи, его материального воплощения, а именно:
датчики скольжения колес транспортного средства могут быть выполнены в виде тахогенераторов, измеряющих скольжение вала колеса относительно мгновенной скорости вращения газового поля тяговой турбины;
вал по меньшей мере одной из тяговых турбин может быть связан с валом колеса транспортного средства через передаточный механизм, например, редуктор;
устройство может быть снабжено средством для регулирования интенсивности газового потока;
газовые тяговые турбины могут быть снабжены механизмом реверсирования газового потока;
система управления распределителя газовых потоков может быть выполнена в виде следящего золотникового устройства осевого типа.

Предлагаемые варианты технического решения являются новыми, т.к. они характеризуются наличием новых совокупностей существенных признаков, отсутствующих во всех известных нам объектах техники аналогичного назначения.

Непосредственный (первичный) технический результат, который может быть получен при реализации заявленных совокупностей признаков заключается в том, что автоматически формируется сигнал о нарушении нормального режима работы колес, а именно о их проскальзывании, как наиболее опасном явлении на дороге, а предлагаемое устройство позволяет просто и эффективно включить этот сигнал в качестве сигнала обратной связи в систему управления двигателя нового типа.

Данные технические результаты являются свойствами, присущими лишь предлагаемым совокупностям существенных признаков, большинство из которых являются полностью новыми и обеспечивают появление у объектов изобретения в целом ряда новых полезных свойств, заключающихся в том, что управление транспортным средством становится в значительной степени автоматизированным, не зависящим от индивидуальных особенностей водителя, резко снижается вероятность аварийных ситуаций, повышается экономичность транспортного средства.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная схема транспортного средства с устройством управления его двигателем предложенного вида.

Двигатель транспортного средства содержит генератор газа в виде одной общей камеры сгорания 1, с системой управления и подготовки топливо-воздушной смеси 2. Газовыпускной коллектор 3 камеры сгорания 1 сообщен с распределителем газовых потоков 4. На осях колес 5 транспортного средства установлены газовые тяговые турбины 6, входные патрубки которых соединены с выходными коллекторами распределителя газовых потоков 4, который снабжен системой управления 7, например, в виде следящего золотникового устройства осевого типа. На валах газовых турбин 6 установлены датчики скольжения 8, выполненные в виде тахогенераторов. Их выходы подключены ко входам блока управления 9, выходы которого соединены с управляющими входами систем управления 2 и 7.

Способ управления двигателем транспортного средства с помощью предлагаемого устройства управления реализуют следующим образом.

В нормальных режимах работы газы из распределителя 4 поступают на входы газовых тяговых турбин 6, которые приводят в движение колеса 5. Трогание транспортного средства с места, набор скорости, остановка осуществляются с помощью ручного управления, осуществляющегося через блок управления 9 во всех тех случаях, когда оно не приводит к появлению недопустимых режимов работы транспортного средства. Эти режимы выявляются с помощью датчиков 8. Наибольшую опасность представляет собой изменение скорости вращения, т.е. скольжение одного из колес относительно скорости вращения других колес, что может происходить по самым различным причинам (превышение скорости на повороте, плохое состояние дорожного покрытия, наезд колесом на обочину и т.п.), но в каждом из подобных случаев необходимо немедленное реагирование.

Датчики 8 выполнены в виде тахогенераторов, измеряющих величину скольжения колеса 5 относительно частоты вращения газового поля в тяговой турбине 6, т.е.

n_c синхронная частота вращения газового поля в турбине 6;
n_p частота вращения ротора датчика 8, а следовательно оси колеса 5.

При появлении скольжения S по меньшей мере на одном колесе 5, сигнал с выхода датчика 8 поступает на вход блока управления 9, который принудительно, т. е. вопреки ручному управлению, формирует и выдает некое управляющее воздействие, поступающее либо на вход системы управления 2 камерой сгорания, что приводит к снижению общей суммарной мощности двигателя, либо на систему управления 7 распределителя газовых потоков 4, которая обеспечивает корректировку или реверсирование газового потока, поступающего на турбину того колеса, у которого датчик зафиксировал появление скольжения. Возможно одновременное поступление управляющего сигнала на обе системы 2 и 7.

Предложенная система управления обеспечивает автоматическое независимое от водителя вмешательство в управление транспортным средством, позволяющее предотвратить возможные аварийные ситуации, возникающие как по объективным дорожным условиям, так и в результате неправильных действий водителя.

Появляется возможность программировать многие стандартные ситуации (занос, прохождение поворота, наезд на песок и т.п.), и исключить неграмотные действия водителя, т.к. его команды не будут выполняться.

Предложенное устройство управления двигателем транспортного средства отличается простотой, высоким коэффициентом полезного действия, позволяет сделать все колеса транспортного средства ведущими, исключить сложные и ненадежные механические передачи, коробку скоростей, дифференциал и т.п. повысить проходимость транспортного средства, использовать при торможении реверсирование газового потока.

Возможность промышленного изготовления заявленного устройства не вызывает сомнений, т.к. может быть осуществлено с использованием известных в технике средств (газовая турбина, тахогенератор, распределитель потока с золотниковым устройством и т.д.). Конкретные формы многих частей устройства могут быть различны, но принципиальная их осуществимость без дополнительного изобретательства для среднего специалиста в области машиностроения очевидна.

Предложенное объекты обеспечивают значительное повышение надежности и удобства управления транспортным средством, позволяет повысить безопасность движения на дорогах.

Использование: в конструкциях транспортных средств, работающих на энергии сгорания топлива. Сущность изобретения: транспортное средство содержит генератор газа 1, систему управления и подготовки топлива 2, коллектор 3 и распределитель газовых потоков 4, выходы которого соединены с входными патрубками газовых тяговых турбин 6. На валах газовых турбин 6 установлены датчики скольжения 8, выполненные в виде тахогенераторов. Их выходы подключены ко входам блока управления 9, выходы которого соединены с управляющим входом систем управления 2 и 7. Изобретения обеспечивают значительное повышение надежности и удобства управления транспортным средством, позволяют повысить безопасность движения на дорогах. 2 с и 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ управления двигателем транспортного средства, включающий изменение передаваемой на колеса транспортного средства мощности двигателя при отклонении характерного параметра от заданного значения, отличающийся тем, что определяют сигнал по степени отклонения от нормального режима движения каждого колеса транспортного средства и используют его в качестве характерного параметра. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сигнал, характеризующий степень отклонения от нормального режима, формируют в виде величины относительного скольжения колеса транспортного средства. 3. Устройство управления двигателем транспортного средства, имеющим генератор газа, газовыпускной коллектор которого соединен с газовой тяговой турбиной, содержащее датчики характерных параметров, связанные с блоком управления, отличающееся тем, что генератор газа выполнен в виде общей камеры сгорания, сообщенной с распределителем газовых потоков, выходные коллекторы которого соединены с входами газовых тяговых турбин, валы которых связаны с осями колес транспортного средства, а в качестве датчиков характерных параметров использованы датчики скольжения колес, причем выходы блока управления подключены к управляющим входам систем управления камерой сгорания и распределителя газовых потоков. 4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что датчики скольжения колес транспортного средства выполнены в виде техогенераторов, измеряющих скольжение вала колеса относительно мгновенной скорости вращения газового поля тяговой турбины. 5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что вал по меньшей мере одной тяговой турбины связан с валом колеса через передаточный механизм, например редуктор. 6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что оно снабжено средством для регулирования интенсивности газового потока. 7. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что газовые тяговые турбины снабжены механизмом реверсирования газового потока. 8. Устройство по п.3, отличающееся тем, что система управления распределителя газовых потоков выполнена в виде следящего золотникового устройства осевого типа.