Двигатель внутреннего сгорания Советский патент 1992 года по МПК F02B27/00 F02B27/00 

V

с

Изобретение позволяет повысить эффективность работы двигателя внутреннего сгорания. Двигатель содержит блок цилиндров 1 и вал отбора мощности, индивидуаль- ные впускные 2 и выхлопные 3 трубопроводы, заключенные в ресиверы 4 и 5, причем выхлопные трубопроводы 3 выполнены с окнами. В зоне окон установлены подвижные вставки 6, которые при осевом перемещении изменяют сечения окон. Вставки 6 связаны через тягу 7 и пружину 8 с электромагнитным приводом 9, который подключен к выходу блока 10 управления, к входам которого параллельно подключены два кислородных датчика 11 и 12. Оптимальная работа двигателя соответствует размеру окон, при котором наличие кислорода в отработавших газах фиксируется лишь одним датчиком 11. Во всех других случаях обеспечивается автоматическая подстройка геометрических размеров выпускной системы для обеспечения наиболее эффективной работы двигателя. 2 ил,

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению и может быть-использовано в двигателях внутреннего сгорания с газодинамическим наддувом.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий блок цилиндров с валом отбора мощности, индивидуальные выпускные трубопроводы, в стенках которых выполнены отверстия, заключенные в общий для всех трубопроводов ресивер. Трубопроводы выполнены телескопическими и снабжены подвижными в осевом направлении вставками, связанными с общим рычагом; Двигатель снабжен датчиками режимами работы, подключенными к блоку управления, который сообщен с электромагнитным приводом, тяга которого подключена к рычагу перемещения вставок. Известное устройство выбрано в качестве прототипа.

Недостатками известного устройства, принятого за прототип, являются следующие.

Перенастройка размеров газовоздушного тракта осуществляется не по критерию максимального коэффициента наполнения ДВС, а лишь по критерию обеспечения наилучшей приемистости двигателя на режимах разгона.

: Перенастройка элементов выпускной системы осуществляется главным образом для того, чтобы обеспечить наиболее благоприятные условия для работы турбины турбокомпрессора, используемого в качестве агрегата наддува, и лишь через него осуще-.

о, о®

4

ствляется изменение показателей непосредственно ДВ С.

Регулировка размеров выпускной системы осуществляется на основании сигналов, поступающих с датчиков режима работы ДВС, по которым лишь косвенно можно оценить качество газообменных процессов.

Все это снижает эффективность работы непосредственно ДВС,

Целью изобретения является повышение эффективности работы двигателя.

Поставленная цель достигается тем, что в двигателе внутреннего сгорания, содержащем цилиндры с индивидуальными вы- хлопными трубопроводами, каждый из которых выполнен телескопическим и снабжен ВЫХОДНЫМ ОКНОМ И ПОДВИЖНО; ВСТЭВкой, частично перекрывающей это окно, общий для всех трубопроводов ресивер, вы- полненный охватывающим все вставки и выходные окна выхлопных трубопроводов, и блок управления с входами и выходом, сообщенный с электромагнитным приводом вставок и связанный с датчиками режима работы, причем все вставки связаны с общим рычагом их одновременного осевого перемещения, а последний подключен к тяге электромагнитного привода, в отличие от прототипа, датчики режима работы выпол- нены в виде датчиков наличия кислорода и установлены попарно на каждом индивидуальном выхлопном трубопроводе со смещением в Каждой паре по его длине и по окружности, при этом блок управления вы- полней с возможностью фиксации вставок в заданном положении при наличии сигнала с первого датчика и отсутствии сигнала с второго датчика, с возможностью уменьшения сечения окон и длины выхлопных тру- бопроводов при наличии сигнала с обоих датчиков и с возможностью увеличения сечения окон и длины выхлопных трубопроводов .при отсутствии сигналов с обоих датчиков.

Изменение сечения окон в стенках трубопроводов производится для того, чтобы адаптивно изменять граничные условия в настроенных участках выпускной системы и тем самым корректировать газообразные процессы в зависимости от нагрузочного режима работы ДВС.

Изменение геометрических размеров настроенной части выпускной системы может оказать значительное влияние на газо- обменные процессы ДВС. Если изменение размеров выпускной системы будет происходить в соответствии с изменяющимся режимом работы ДВС, то система может функционировать как адаптивная. Критерием изменения размеров при этом, естественно, должно быть качество процессов продувки, т.е. величина коэффициента наполнения цилиндров ДВС.

8 предлагаемом устройстве непосредственно размеры выпускной системы остаются постоянными, а изменяются лишь размеры тех элементов, которые приводят к изменению граничных условий, влияя на параметры образующихся в процессе выпуска волн давления. Это позволяет обеспечить необходимое быстродействие системы и точность ее работы.

К элементам, изменяющим граничные условия, в предлагаемом устройстве относятся окна в стенках трубопроводов. Механизм их влияния на параметры отраженных волн различен, При взаимодействии исходных волн давления с окном они отражаются волнами разрежения, При изменении сечения окна интенсивность отраженных ЁОЛН изменяется: при уменьшении сечения окна интенсивность отраженных волн уменьшается и при сечении окна, равном нулю, отражение исчезает. Следовательно, изменением сечения окна можно влиять на газообменные процессы в цилиндрах ДВС, т.е. при увеличении сечения окна (до определенных пределов) интенсифицировать процессы газообмена.

Наиболее достоверно о качестве газообменных процессов в цилиндрах ДВС можно судить по составу отработавших газов или точнее по процентному содержанию е них кислорода. Избыток кислорода в отработавших газах за выпускными органами свидетельствует о том, что часть свежего воздуха (или топливовоздушной смеси) не участвует в рабочем процессе, и следовательно, необходимо включение мероприятий, позволяющих либо задержать, либо возвратить ее в цилиндр ДВС, Отсутствие (или малое процентное содержание) кислорода в отработавших газах свидетельствует о неудовлетворительном качестве процесса продувки, что приводит к необходимости интенсификации процесса газообмена.

Необходимость выбора данного критерия качества газообменных процессов связана также с возможностью обеспечения работы системы в адаптивном режиме. Т.е. по выходным показателям предыдущих циклов (процентному содержанию кислорода в отработавших газах) можно судить о степени использования свежего заряда в рабочем процессе ДВС и адаптивно изменять-на- чальные условия для последующих циклов в зависимости от режима работы ДВС.

Кислородные датчики циркониевого типа (А-зонды) необходимы для определения

процентного содержания кислорода в отработавших газах за выпускными органами. Регистрируемая датчиками информация поступает в блок управления.

Установка двух кислородных датчиков в различных плоскостях среза трубопровода за выпускными органами необходима для определения расстояния прохождения свежего заряда по выпускным трубопроводам в период продувки. Для оптимальной продувки необходимо, чтобы граница свежего заряда и продуктов сгорания находилась за выпускными органами как можно ближе к ним. В этом случае первый датчик, установленный сразу за выпускными органами, должен фиксировать наличие кислорода в отработавших газах, а второй нет.

Блок управления необходим для обработки сигналов, поступающих с кислородных датчиков, и выдачи командных сигналов на электромагнитный привод.

Электромагнитный привод необходим для осевого перемещения подвижных вставок и подвижной торцовой стенки в зависимости от сигналов, поступающих с блока управления.

Установка на выпускных трубопроводах подвижных вставок позволяет изменять сечение окон и тем самым регулировать тенсивность отраженных волн разрежения, а следовательно, влиять на газообменные процессы цилиндров ДВС.

Кинематическая связь подвижных вставок с исполнительным механизмом необходима для того, чтобы обеспечить осевое перемещение подвижных вставок на величину, определяемую сигналами, поступающими с блока управления на исполнительный механизм.

Предлагаемый блок управления осуще ствляет программное регулирование площади отверстия, что позволяет получить достаточное быстродействие системы управления, высокую точность регулирования сечения окон в условиях случайных воздействий и повысить надежность системы.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2.- функциональная схема блока управления.

Устройство содержит двигатель с блоком цилиндров 1 и валом отбора мощности (не показан), индивидуальные впускные 2 и выпускные 3 трубопроводы, заключенные в ресиверы 4 и 5, причем выпускные трубопроводы 3 выполнены с окнами. В зоне окон установлены подвижные вставки 6, которые при осевом перемещении изменяют сечения окон. Вставки 6 связаны через тягу 7 и пружину 8 с электромагнитным приводом 9. Электромагнитный привод 9 подключен к

выходу блока управления 10, к входам кото- ; роге параллельно подключены два кислородных датчика 11 и 12.

Блок управления 10 может состоять из следующих функциональных элементов (фиг.2): традиционных усилителей мощности 13 и 14, нормально разомкнутых контактов 15 и 16 и резистора 17, включенного в цепь последовательно с кислородным дат0 чиком 11, расположенным ближе к выпуск- ным органам.

Устройство работает следующим образом.

Яри открытии выпускных органов фор5 мируется газовый импульсный поток, который движется к окнам. В зависимости от качества газообменных процессов совокупность сигналов сЯ-датчиков, поступающих в блок управления 10 может быть различной,

0 Если на одном из нагрузочных режимов при продувке часть продуктов сгорания остается в рабочей камере, то оба кислородных датчика 11 и 12 не зафиксируют наличие кислорода, а блок управления 10 не запита5 ет электромагнитный привод 9. В этом случае под действием пружины 8 тяга 7 отводит подвижные вставки 6 в сторону увеличения отверстия. По мере увеличения указанных, размеров будут усиливаться отраженные ,

0 волны разрежения как от окон, так и от срезов трубопроводов 3, интенсифицируя газообменные процессы. При определенных размерах отверстий процесс продувки будет осуществляться таким образом, что дат5 чик 11 зафиксирует наличие кислорода в отработавших газах, а датчик 12 нет. Данный вариант является оптимальным с точки зрения полноты использования свежего заряда (а следовательно, эффективности рабо- 1

0 ты ДВС) и в этом случае геометрические размеры выпускной системы остаются фиксированными. Это достигается тем, что сигнал, поступающий с датчика 11, усиливается в усилителе мощности 13 и. пройдя нор5 мально разомкнутый контакт 15 и резистор

17, запитывает электромагнитный привод 9,

который преодолевает усилие пружины 8 и

фиксирует размеры выпускной системы.

Если на одном из нагрузочных режимов

0 продувка осуществляется таким образом, что значительная часть свежего заряда проходит в выпускную систему, то оба датчика 11 и 12 зафиксируют наличие кислорода. Сигналы с датчиков усилятся- в усилителях

5 мощности 13 и 14 и, пройдя нормально разомкнутые контакты 15 и 16, запитают электромагнитный привод 9. Так как сила тока в этом случае будет значительно большей, то электромагнитный привод через тягу 7 на- ;чнет уменьшать сечение окон. В результате

будет происходить уменьшение интенсив- ностей отраженных волн разрежения. Таким образом осуществляется поиск и регулирование величины окон вблизи оптимальных их величин. При этом критерием является качество процессов продувки, а следовательно, эффективность работы

две.

Технические преимущества предлагаемого устройства в сравнении с базовым в качестве которого выбран прототип, заключаются в возможности корректировки геометрических размеров выпускной системы в зависимости от нагрузочного режима работы ДВС по критерию качества газообмен- ных процессов.

Преимущества изобретения в сравнении с прототипом заключаются в возможности повышения мощности и топливной Экономичности ДВС.

Формула изобретения Двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндры с индивидуальными выхлопными трубопроводами, каждый из которых выполнен телескопическим и снабжен выходным окном и подвижной вставФиг.1

кой, частично перекрывающей это окно, общий для всех трубопроводов ресивер, выполненный охватывающим все вставки и выходные окна выхлопных трубопроводов, и блок управления с входами и выходом, сообщенный с электромагнитным приводом вставок и связанный с датчиками режима работы, причем все вставки связаны с общим рычагом их одновременного осевого перемещения, а последний подключен к тяге электромагнитного привода, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, датчики режима работы выполнены в виде датчиков наличия кислорода и установлены попарно на каждом индивидуальном выхлопном трубопроводе со4смещением в каждой паре по его длине и по окружности, при этом блок управления выполнен с возможностью фиксации вставок в заданном положении При наличии сигнала с первого датчика и отсутствии сигнала с второго датчика, с возможностью уменьшения сечения окон и длины выхлопных трубопроводов при наличии сигнала с обоих датчиков и с возможностью увеличения сечения окон и длины выхлопных трубопроводов при отсутствии сигналов с обоих датчиков.

# Ъ ч/7 ®/tl