Двигатель внутреннего сгорания Советский патент 1990 года по МПК F02B37/02 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигйтелестроению, в частности к системам выпуска двигателей.

Цель изобретения - првышение эффективности двигателя путем перевода турби- ны с импульсного режима работы на работу при постоянном давлении.

На фиг.1 изображена схема двигателя внутреннего сгорания;, на фиг.2 - функцио- нальная схема блока-управления; на фиг.З - временная диаграмма работы блока управления при переходных режимах; на фиг.4 - временная диаграмма работы бл.ока управления на стационарных режимах.

Двигатель внутреннего сгорания содер- жит цилиндры 1, коленчатый вал (не пока- зан), индивидуальные выхлопные трубопроводы 2, общий для всех трубопроводов 2 ресивер 3, турбокомпрессор 4 с газоприемными патрубками 5 турбины, датчики поло- жейия органа подачи топлива 6 и частоты вращения коленчатого вала 7, блок 8 управления и электромагнитный привод 9. Газоприемные патрубки 5 турбины и индивидуальные трубопроводы 2 частично раз- мещены внутри ресивера 3 и установлены соосно друг другу. Газоприемные патрубки 5 выполнены телескопическими с подвижными вставками 10. Каждый индивидуальный трубопровод 2 выполнен с расширя- ющимся концевым участком 11, Подвижная вставка 10 выполнена с возможностью размещения внутри одного из растиряющихся концевых участков индивидуальных трубопроводов 2. Все вставки 10 связаны общим рычагом 12 их одновременного осевого перемещения, который подключен к тяге 13 электромагнитного привода 9. Датчики 6 и 7 положения органа подачи топлива и частоты вращения коленчатого вала подсо- единены к входам,блока 8 управления, выход которого сообщен с электрЬмагнитнь1м приводом 9,

Блок 8 управления выполнен из следующих последовательно соединенных функ- циональных элементов (фиг.2); преобразователя 14 сигнала датчика 6 положения

органа подачи топлива в напряжение, дифференцирующего усилителя 15, компаратора 16 (на второй вхсд которого подано опорное напряжение Uoni), триггера 17, логического элемента 18 и усилителя 19 мощности, а также из последовательно соединенных преобразователя 20 сигнала датчика 7 частоты враще ния, дифференцирующего усилителя 21, компаратора 22 (на второй вход которого подано опорное напряжение Uon2), выход которого соединен с вторым входом элемента 18. Выход элемента 18 через дифференцирующую цепь 23 подсоединен к второму входу триггера 17. Выходы преобразователей соединены с соответствующими датчиками, Выход усилителя 19 соединен с приводом 9.

На временных диаграммах (фиг.З и 4) приведены: 24 - входное напряжение преобразователя 14 сигнала датчика положения органа подачи топлива; 25 - выходной сигнал дифференцирующего усилителя 15;

26- величина опорного напряжения Uoni;

27- выходной сигнал компаратора 16; 28 - выходное напряжение преобразователя 20 сигнала датчика частоты вращения (пропорциональное изменение частоты вращения вала две); 29 - выходной сигнал дифференцирующего усилителя,21; 30 - величина опорного напряжения Uon2; 31 - выходной сигнал компаратора 22; 32 - выходной сигнал триггера 17; 33 - выходной сигнал усилителя 19 мощности.

Конструктивное выполнение блока управления может быть реализовано на дискретных элементах (транзисторах), на базе аналоговых и цифровых интегральных схем (операционные усилители, триггеры, компараторы), в виде специальной большой интегральной схемы или бортовой микроЭВМ с соответствующей программой,

Двигатель работает следующим образом.

При открытии выпускных органов в индивидуальных выхлопных трубопроводах 2 формируется газовый импульсный поток, который движется к расширяющимся

каналам 7 патрубков. Если при этом двигатель работает на установившемся режиме работы, происходит увеличение частоты вращения при неизменном положении органа подачи топлива (за счет уменьшения нагрузки) или плавное изменение положения последнего, то.по совокупности сигналов датчиков частоты вращения 7 и положения органа подачи топлива 6 блок 8 управления не запит вает электромагнитный привод 9. При этом под действием пружин тяга 13 отводит подвижные вставки 10 в .крайнее положение, при котором обеспечивается максимальная величина кольцевого зазора между торцом вставки и расширяющимся каналом 11. В зазоре происходит преобразование газового импульсного потока путем отбора массы газа из зоны высокого давления потока в ресивер 3 и подпитки из него в последующем хвостовой части потока. При этом турбина 4 работает в режиме, близком к изобарному, с соответствующим высоким КПД использования энергии газового потока, сохранению механической энергии которого на этих режимах способствует плавное расширение массы газа, отбираемой в ресивер через расширяющиеся каналы 11,

В случае разгона двигателя за счет изменения положения органа подачи топлива совокупность сигналов датчиков 6 и 7, воспринимаемых блоком 8 приводит к появлению на его выходе сигнала и срабатыванию электромагнитного привода 9. При этом подвижные вставки 10 перекрывают кольцевой зазор и отключают ресивер 3 от выхлопных трубопроводов. Выпускная система превращается в импульсную, улучшая тем самым динамические показатели работы двигателя в целом.

Блок управления работает следующим образом (работа блока поясняется временными диаграммами на фиг.З и 4).

На режиме работы двигателя, на которых необходима изобарная выпускная система, положение органа подачи топлива меняется плавно или сохраняется неизменным (на фиг.4 показано плавное изменение). При этом преобразователь 14 вырабатывает напряжение 24, пропорциональное положению органа подачи топлива. Это напряжение подается на дифференцирующий усилитель 15, выходной сигнал 25 которого пропорционален скорости изменения положения органа подачи топлива. При этом величина сигнала 25 оказывается меньше величины опорного напряжения Uoni-26, и компаратор 16 не срабатывает. Соответственно триггер 17 сохраняет исходное состояние с нулевым уровнем сигнала на выходе, соединенном с одним из входов элемента 18. Поэтому на выходе элемента 18 - нулевой уровень сигнала независимо от сигналов на 5 втором его входе. Соответственно усилитель 19 мощности не запитывает током обмотку электромагнитного привода 9, что обеспечивает изобарность выпускной системы.

o В случае разгона двигателя за счет из- менения положения органа подачи топлива происходит более резкое изменение его положения, При этом скорость изменения выходного сигнала 24 преобразователя 14

5 увеличина, соответственно величина напряжения 25 на выходе дифференцирующего усилителя 15 становится выше опорного напряжения Uoni. Поэтому компаратор 16 сра- батывает и срезом своего выходного

0 сигнала 27 переключает триггер 17 в состояние с сигналом 1 на выходе, соединенном с одним из входов элемента 18, В процессе разгона двигателя преобразователь 20 сигнала датчика 7 частоты вращения

5 вырабатывает напряжение 28, пропорциональное мгновенной частоте вращения вала двигателя. Дифференцирующий усилитель 21 вырабатывает напряжение 29, пропорциональное скорости изменения сигна0 ла 28. Если разгон действительно происходит, то напряжение оказывается выше опорного напряжения Uon2 30 компаратора 22. Последний переключается и на втором входе элемента 18, соединенном с выходом

5 компаратора 22, появляется сигнал 1. При этом на его входе также появляется сигнал 1 и усилитель мощности запитывает обмотку электромагнитного привода 9, что изменяет геометрию выпускной системы и

0 превращает ее в импульсную. Импульсный режим работы выпускной системы сохраняется в течение времени, пока скорость изменения частоты вращения не становится меньше определенной величины, определя5 емой величиной опорного напряжения Uon2. В момент равенства напряжений 29 и опорного Uon2 - 30 компаратор 22 возвращается в исходное состояние, сигнал 1 на его входе пропадает, соответственно исчезает сиг0 нал 1 на выходе элемента 18. Срезом этого сигнала триггер 17 через дифференцирующую RC-цепь 23 возвращается в исходное состояние. При этом обесточивается обмотка электромагнитного привода 9 и система

5 переводится в изобарный режим работы.

Таким образом, за счет повышения КПД турбины путем обеспечения наиОолее рационального режима ее работы достигается улучшение экономичности двигателя, его мощности и приемистости.

Формула изобретения Двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндры с индивидуальными выхлопными трубопроводами, общий для всех трубопроводов ресивер и турбокомпрессор, у которого число газоприемных патрубков турбины выполнено равным числу цилиндров, причем выхлопные трубопроводы цилиндров и газоприе и1ные патрубки турбины ча&тично размещены внутри ресивера, установлены соосно друг другу и отделены друг от друга через кольцевой зазор, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности путем перевода турбины с импульсного режима работы на работу при постоянном давлении, двигатель снабжен датчиками положения органа пода0

5

чи топлива и частоты вращения коленчатого вала, блоком управления и электромагнитным приводом, причем каждый индивидуальный трубопровод выполнен с расширяющимся концевым участком, каждый газоприемный патрубок турбины выполнен телескопическим с подвижной вставкой, последняя выполнена с возможностью размещения внутри расширяющегося концевого участка соосного трубопровода, все вставки связаны общим рычагом их одновременного осевого перемещения, рычаг подключен к тяге электромагнитного привода, датчики положения органа подачи топлива и частоты вращения коленчатого вала подсоединены к входам блока управления, выход которого сообщен с электромагнитным приводом.

Изобретение может быть использовано в системах наддува двигателя. Цель изобретения - повышение эффективности двигателя путем перевода турбины с импульсного режима работы на работу при постоянном давлении. Двигатель содержит цилиндры 1, коленчатый вал, индивидуальные выхлопные трубопроводы 2, общий для всех трубопроводов 2 ресивер 3, турбокомпрессор 4 с газоприемными патрубками 5 турбины, датчики 6, 7 положения органа подачи топлива и частоты вращения коленчатого вала, блок 8 управления и электромагнитный привод 9. Газоприемные патрубки 5 турбины и индивидуальные трубопроводы 2 частично размещены внутри ресивера 3 и установлены соосно друг другу, газоприемные патрубки 5 выполнены телескопическими с подвижными вставками 10, каждый индивидуальный трубопровод 2 выполнен с расширяющимся концевым участком 11 и подвижная вставка 10 выполнена с возможностью размещения внутри одного из расширяющихся концевых участков 11. Все вставки 10 связаны общим рычагом 12 их осевого перемещения, который подключен к тяге 13 электомагнитного привода 9. Датчики 6, 7 положения органа подачи топлива и частоты вращения коленчатого вала подсоединены к входом блока 8 управления, выход которого сообщен с электромагнитным приводом 9. За счет повышения КПД турбину путем обеспечения наиболее рационального режима ее работы достигается улучшение экономичности двигателя, его мощности и приемистости. 4 ил.