СПОСОБ ЗАПУСКА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Советский патент 1994 года по МПК F02N17/00 F02N17/08 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к способам запуска двигателей внутреннего сгорания, преимущественно дизелей с электрическим стартером, и является усовершенствованием изобретения по авт. св. N 1463948.

Известен способ запуска дизельного двигателя путем проворачивания коленчатого вала, подачи в цилиндры воздуха, многократного его перепуска из цилиндров через циркуляционный контур во впускной ресивер с промежуточным подогревом, контроля температуры воздуха во впускном ресивере, подачи топлива после достижения заданного значения температуры с добавлением сжатого воздуха от постороннего источника.

Известный способ не обеспечивает снижение энергозатрат за счет поочередного отключения цилиндров двигателя в период запуска.

Известен способ запуска двигателя внутреннего сгорания с электрогидравлическим приводом газораспределительных клапанов путем проворачивания коленчатого вала от постороннего источника, впрыска топлива, управления открытием и закрытием клапанов, приоткрытия клапанов на часть хода перед проворачиванием вала и одновременного уменьшения фаз газораспределения по сравнению с фазами на номинальном режиме.

Известный способ не обеспечивает снижения энергозатрат за счет поочередного отключения цилиндров двигателя в период запуска.

Известен способ запуска двигателя внутреннего сгорания путем раскрутки коленчатого вала от постороннего источника энергии до пусковой частоты вращения, подачи топлива в цилиндры и его воспламенения, контроля частоты вращения вала, разделения цилиндров по крайней мере на две группы, периодического подключения и отключения групп цилиндров по топливоподаче и газоснабжению за счет циклического (каждый рабочий цикл) сообщения цилиндров с впускным и выпускным трактами, отключения всех цилиндров по газоснабжению и топливоподаче одновременно с началом раскрутки коленчатого вала, последующего включения одной из групп цилиндров (первой) по газоснабжению, а затем отключения этой группы цилиндров и одновременно включения другой (второй) группы цилиндров по газоснабжению и топливоподаче, включения оставшейся группы цилиндров по газоснабжению и топливоподаче к подключенной группе цилиндров, отсоединения постороннего источника энергии.

Известный способ не обеспечивает снижения энергозатрат при запуске двигателя за счет предварительного прогрева воздушного заряда.

Цель изобретения - снижение энергозатрат при запуске двигателя путем предварительного прогрева воздушного заряда.

Для достижения поставленной цели в известном способе кроме раскрутки коленчатого вала от постороннего источника энергии до пусковой частоты вращения, подачи топлива в цилиндры и его воспламенения, контроля частоты вращения вала, разделения цилиндров по крайней мере на две группы, периодического подключения и отключения групп цилиндров по топливоподаче и газоснабжения за счет циклического (каждый рабочий цикл) сообщения цилиндров с впускным и выпускным трактами, отключения всех цилиндров по газоснабжению и топливоподаче одновременно с началом раскрутки коленчатого вала, последующего включения одной из групп (первой) по газоснабжению, а затем отключения этой группы цилиндров и одновременно включения другой (второй) группы цилиндров по газоснабжению и топливоподаче, включения оставшейся группы цилиндров по газоснабжению и топливоподаче к подключенной группе цилиндров, отсоединения постороннего источника энергии, дополнительно в период включения первой группы цилиндров по газоснабжению вначале цилиндры сообщают с впускным трактом, а затем с выпускным.

Кроме того, после сообщения цилиндров с впускным трактом измеряют температуру газа перед цилиндрами, сравнивают ее с эталоном и производят сообщение цилиндров с выпускным трактом после равенства измеренного и эталонного значений, а одновременно с началом включения первой группы цилиндров циклическое сообщение и разобщение цилиндров с впускным трактом производят за рабочий цикл дважды соответственно: в конце тактов выпуска и сжатия и в начале тактов сжатия и выпуска, а одновременно с сообщением цилиндров с выпускным трактом циклическое сообщение и разобщение цилиндров с впускным трактом производят единожды за рабочий цикл соответственно: в конце такта выпуска и в начале такта сжатия, причем сообщение цилиндров с впускным трактом производят за 30. . . 10^о поворота коленчатого вала (^оп. к. в. ) до верхней мертвой точки (ВМТ) и разобщение - через 0. . . 20^о п. к. в за нижнюю мертвую точку (НМТ).

На фиг. 1 представлен график изменения температуры; на фиг. 2 - диаграмма перемещения газораспределительных клапанов; на фиг. 3 - схема устройства для осуществления способа.

На фиг. 1 : 1 и 2 - изменение соответственно температуры воздуха перед цилиндрами и времени; 3. . . 7 - зоны работы соответственно; 3 - при всех выключенных цилиндрах, 4 - отключаемые цилиндры сообщены с впускным трактом; 5 - отключаемые цилиндры сообщены с впускным и выпускным трактами, 6 - подключение второй группы цилиндров, 7 - при всех включенных цилиндрах. Сплошная кривая - работа по известному способу, штриховая - по предлагаемому способу.

На фиг. 2: 1 и 2 - перемещение впускного клапана; 3 - перемещение выпускного клапана; 4 - угол в градусах поворота коленчатого вала; ВП, СЖ, РХ, ВХ - такты соответственно: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск, РЦ - рабочий цикл.

Устройство для осуществления способа содержит цилиндры 1-3, которые образуют первую, цилиндры 4-6, которые образуют вторую группу цилиндров, впускной 7 и выпускной 8 тракты, впускной 9 и выпускной 10 газораспределительные клапаны, механизмы 11 и 12 управления соответственно клапанами газораспределения и топливоподачей, форсунку 13, кулачковый вал 14, распределитель 15, насос 16. Стрелками показано направление движения жидкости и газа.

Способ осуществляется следующим образом.

При запуске двигателя с момента начала прокручивания коленчатого вала от постороннего источника энергии цилиндры 1-6 двигателя отключаются по газоснабжению и топливоподаче. Изменение (повышение) температуры в цилиндрах при этом происходит в основном за счет трения подвижных деталей; зона 3 на фиг. 1, так как количество воздушного заряда в цилиндре мало (закрыты все клапаны), либо полностью отсутствует (начало прокручивания совпадает с положением поршня в ВМТ).

Подключение первой группы цилиндров 1-3 производят с опережающим включением впускных клапанов 9 (сообщают цилиндры 1-3 с впускным трактом 7). При этом цилиндры 1-3 на такте впуска заполняются свежим зарядом, который затем дважды сжимается (на тактах сжатия и выпуска при закрытых выпускных клапанах 10) и в конце такта выпуска сжатый воздух через открывающиеся впускные клапаны 9 частично выталкивается в воздушный ресивер и затем вновь поступает в цилиндр.

Предварительное открытие впускных клапанов 9 в конце такта выпуска широко применяется в двигателестроении для уменьшения гидравлических потерь на перетоки газа, а в данном случае используется для частичного обратного выталкивания воздуха в ресивер.

При сжатии воздуха повышается температура в цилиндре (за счет "мятия" газа), происходит нагрев стенок цилиндра и воздуха во впускном тракте; зона 4.

Для увеличения эффекта подогрева воздуха в отключенных цилиндрах их переводят в режим работы компрессора по двухтактному циклу (фиг. 2), циклическое сообщение и разобщение цилиндров с впускным трактом производят за рабочий цикл, дважды, заполняют цилиндры свежим зарядом на тактах впуска кривая 1 и рабочего хода кривая 2, а выталкивание сжатого воздуха во впускной тракт производят в конце тактов выпуска и сжатия.

Это достигается при сообщении цилиндров с впускным трактом за 30. . . 10^о п. к. в. до ВМТ, а разобщении - через 0. . . 20 п. к. в за НМТ.

Значения величин углов выбраны с учетом пусковой частоты вращения вала двигателя и сравнительно малых скоростей движения воздуха.

Сообщение цилиндров с впускным трактом ранее 30^о п. к. в. до ВМТ снижает эффект повышения температуры сжатия, а уменьшение угла менее 10^о п. к. в. до ВМТ приводит к возрастанию гидравлических потерь на перетоки газа в клапанной щели.

Разобщение цилиндров с впускным трактом ранее 0^о п. к. в. приводит к неполному заполнению цилиндра свежим зарядом, а превышение угла за 20^о п. к. в. за НМТ приводит к обратному выбросу воздуха во впускной тракт до его сжатия.

Перед включением второй группы цилиндров отключенные цилиндры сообщают с выпускным трактом (включают выпускные клапаны: зона 5 на фиг. 1 и кривая 3 на фиг. 2), чем обеспечивают создание инерционного воздушного потока во впускном и в выпускном трактах для увеличения кинетической энергии потока газа и продувки выпускного тракта.

Момент задержки включения выпускных клапанов 10 может быть задан, например, временным интервалом либо путем замера температуры газа перед цилиндрами после сообщения последних с выпускным трактом 8, сравнения ее с эталоном и сообщения цилиндров с выпускным трактом 8 после равенства измеренного и эталонного значений.

При достижении валом двигателя пусковой частоты вращения первую группу цилиндров 1-3 отключают и одновременно включают вторую группу цилиндров 4-6 по газоснабжению и топливоподаче: зона 6 на фиг. 1. При этом инерционность потока воздуха обеспечивает дозарядку включаемых цилиндров свежим зарядом, а повышенная температура воздуха во впускном тракте 7 способствует более быстрому и качественному воспламенению топливовоздушной смеси.

С момента появления в подключаемой группе цилиндров 4-6 вспышек включают остальные цилиндры 1-3 двигателя по газоснабжению и топливоподаче, зона 7, что обеспечивает интенсивное увеличение частоты вращения вала двигателя до режима холостого хода, т. е. сокращается время до выхода двигателя на исходный режим его работы с возможностью последующего принятия нагрузки.

Предлагаемый способ осуществляется с помощью широко известных механизмов отключения клапанов газораспределения и механизмов отключения топливоподачи.

Выключение двигателя (его останов) осуществляется возвращением распределителя 15 в исходное (первое) положение, соответствующее отключению всех цилиндров двигателя по газоснабжению и топливоподаче.

При последующих запусках процессы повторяются.

Циклическое сообщение и разобщение цилиндров первой группы с впускным трактом дважды за рабочий цикл может быть осуществлено с помощью газораспределительных кулачков с двойным профилем, от каждого из которых впускной клапан приводится через свой механизм управления.

Применительно к двигателю типа ЧН 21/21, оборудованному системой отключения цилиндров, запуск производится следующим образом.

С момента включения стартера отключают механизмы привода газораспределительных клапанов и привод топливных насосов всех цилиндров.

При достижении двигателем частоты вращения 70. . . 95 мин^-1 включают впускные клапаны первой (отключаемой) группы из трех цилиндров.

При этом температура воздуха перед цилиндрами (в ресивере) повышается на 20. . . 30^оС при температуре окружающей среды 12. . . 17^оС. Аналогичные результаты следует ожидать и при отрицательных значениях температур окружающей среды, когда применение данного способа наиболее целесообразно.

При включении выпускных клапанов, т. е. сообщения цилиндров и с впускным и с выпускным трактами, температура в цилиндре меняется незначительно (на +2 - 8^оС), что объясняется с одной стороны продолжающимися процессами сжатия ("мятия") воздуха в цилиндре, а с другой частичным поступлением свежих, более холодных, порций воздуха из атмосферы (наддувочного агрегата).

При частоте вращения 120 мин^-1 первую группу цилиндров выключают и одновременно включают вторую группу.

С момента появления вспышек, который может быть определен, например, по скачкообразному повышению давления в цилиндрах, подключают газораспределительные клапаны и топливные насосы оставшихся цилиндров. Двигатель увеличивает частоту вращения вала до 600 мин^-1 режима холостого хода.

Сокращение времени запуска по предлагаемому способу дизеля 6ЧН 21/21 составляет по расчетно-экспериментальным данным 20. . . 40% .

Таким образом данный способ запуска двигателя внутреннего сгорания обеспечивает снижение энергозатрат при пуске за счет:
сокращения времени запуска при подогреве воздушного заряда цилиндра и его стенок за счет "мятия" газа и лучшего наполнения свежим зарядом при дозарядке цилиндра;
исключения привода газораспределительного механизма и топливных насосов в период раскрутки вала двигателя при отключенных цилиндрах.

Кроме того, предлагаемый способ уменьшает дымность выпускных газов, расход топлива при пуске, массогабаритные показатели накопителя пусковой энергии. (56) Авторское свидетельство СССР N 1463948, кл. F 02 N 17/00, 1987.

Использование: машиностроение, способы запуска двигателей внутреннего сгорания, преимущественно дизелей с электрическим стартером. Сущность способа: осуществляют поочередное включение и отключение групп цилиндров, причем в период включения первой группы цилиндров по газоснабжению вначале осуществляют связь цилиндров с впускным трактом, а затем с выпускным. В зависимости от температуры воздуха перед цилиндрами циклическое сообщение и разобщение цилиндров с впускным трактом производят дважды за рабочий цикл. 3 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. СПОСОБ ЗАПУСКА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ по авт. св. N N 1463948, отличающийся тем, что, с целью снижения энергозатрат путем предварительного прогрева воздушного заряда, в период включения одной группы цилиндров по газоснабжению вначале осуществляют связь цилиндров с впускным трактом, а затем с выпускным. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после осуществления связи цилиндров с впускным трактом измеряют значение температуры газа перед цилиндрами, сравнивают ее с эталонным значением и при равенстве измеренного и эталонного значений температур осуществляют связь цилиндров с выпускным трактом. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что связь цилиндров с впускным трактом осуществляют путем циклического сообщения и разобщения цилиндров с впускным трактом за рабочий цикл дважды соответственно: в конце тактов выпуска и сжатия и в начале тактов сжатия и выпуска, а связь цилиндров с выпускным трактом осуществляют одновременно с циклическим сообщением и разобщением цилиндров с впускным трактом единожды за рабочий цикл соответственно: в конце такта выпуска и в начале такта сжатия. 4. Способ по пп. 1 - 3, отличающийся тем, что сообщение цилиндров с впускным трактом производят за 30 - 10^o поворота коленчатого вала до верхней мертвой точки, а разобщение - через 0 - 20^o поворота коленчатого вала после нижней мертвой точки.