Способ регулирования двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1993 года по МПК F02D17/04 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к способам регулирования двигателей внутреннего сгорания с отключаемыми цилиндрами.

Целью изобретения является повышение надежности работы двигателя.

Предлагаемый способ поясняется схемой работы четырехтактного дизеля, фиг.1 и схемой системы управления двигате- лем;фиг.2. . .

На фиг.1: ВКЛ и ВЫКЛ - режимы работы двигателя с включением и отключением части цилиндров 1, 2 и 3 - соответственно режимы работы выпускных, впускных клапанов и топливоподачи, 4 - изменение

температуры цилиндра, 5 - значение эталонной температуры цилиндра.

На фиг.2 : 1 - 3 - отключаемые, а 4 - 6 - неотключаемые цилиндры, 7 - выпускной, а 8 - впускной тракты, 9 - впускной и 10 - выпускной газораспределительные клапаны, 11 и 12 - механизмы управления соответственно клапанами газораспределения и толливоподачей. 13 - форсунка. 14 - кулачковый вал, 15-распределитель, 16 - насос, стрелками показано направление движения жидкости и газа.

При работе двигателя в режиме с отключенной группой цилиндров (например, на режиме холостого хода) клапаны газораспределения и тополивоподача выключены,

00

ел

GO VJ Ю

температура отключенных цилиндров имеет минимальное значение (определяемое условиями окружающей среды, режимов работы и т.д.).

При подаче команды на подключение цилиндров вначале включают выпускные клапаны 1, фиг.1, обеспечивая сообщение отключенных цилиндров с выпускным трактом, затем включают впускные клапаны 2, сообщая цилиндры с впускным трактом. При подключении газораспределительных клапанов в названной последовательности в газовоздушных трактах не возникает явление разрыва газового потока и, как его след- ствия, помпажакомпрессора (подтверждено экспериментом на двигателе 6ЧН 21/21).

После начала осуществления в отключенных цилиндрах процессов впуска и выпуска, подключают топливоподачу, и рабочий процесс в данных цилиндрах протекает так же, как и в постоянно работающих цилиндрах. .

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

В первом, изображенном на фиг.2, положении распределителя 15 рабочая жидкость, например масло, от насоса 16 не. поступает к механизмам управления 11 и 12, т.е. выходные каналы распределителя перекрыты, а, следовательно, газораспределительные клапаны находятся в выключенном (закрытом) положении и отключены подача топлива к /форсункам 13 отключаемых цилиндров.

Газораспределение и топливоподача неотключаемых цилиндров 4 - 6 работают в обычном режиме,

При перемещении распределителя 15 влево на фиг.Т во второе положение масло от насоса 15 поступает по трубопроводам к механизмам управления 11 выпускными клапанами 9 отключаемых цилиндров 1-3 (механизмы управления А1 могут быть выполнены, например, в виде управляемых гидроштанг по а.с. № 1301991). При включении механизмов 11 выпускные клапаны 9 начинают совершать возвратно-поступательные движения под действием кулачков на валу 14, т.е. бтклю йШые цилиндры ср- общейы С выпускнь/м трактом.

Перёмещен.йё распределителя 15 в третье положе н йе 6бе|спечивает сорбще н и е нагнетательной магистрали от насоса 16 с трубопроводами, Г5йтающйми механизмы управления 11 выпускных 9 и впускных 10 клапанов отключаемых цилиндров 1-3. При этом подключается к работе впускные клапаны, т.е. цилиндры 1 - 3 сообщены с впускным и выпускным трактами.

0

5

0

Дальнейшее перемещение распределителя 15 влево, в четвертое положение обеспечивает подачу масла ко всем механизмам управления 11, т.е. отключаемые цилиндры включаются в работу как по газоснабжению, так и потопливоподаче. Данное положение распределителя сохраняется и на последующих режимах работы двигателя (режимы нагрузок и т.д.).

Возвращение распределителя 15 в исходное положение сопровождается отключением механизмов управления в обратной последовательности, т.е.ютключение топ- ливоподачи, впускных клапанов, выпускных клапанов.

Перемещение распределителя может осуществляться вручную, либо автоматически по заданному закону (например, прот граммным управлением).

Кроме того, после включения выпускных клапанов 1, фиг.1 через отключенные цилиндры двигателя начинают протекать . отработавшие газы из выпускного тракта (на трактах рабочий ход и впуск в цилинд- 5 pax образуется разряжение); чем нагревают цилиндры до тех пор, пока значение измеренной в цилиндре температуры сравняется или превысит заданную эталонную температуру 5. После этого включают впускные клапаны.

Измерения значения температуры в цилиндрах, сравнение с эталоном и управлениераспределителем может производиться, например, с помощью термопар, визуального контроля значения температуры и ручного . управления распределителем, а могут также эти процессы быть автоматизированы.

Отключение цилиндров производят в обратной последовательности, т.е. вначале выключают топливоподачу в заданные цилиндры, затем отключают впускные клапаны и, после этого останавливают в закрытом положении выпускные клапаны.

Возможность перетока отработавших газов в отключенные цилиндры и подогрев за счет этого последних поясняется следующим.

Известно, что реальные двигатели имеют продолжительность открытия выпускных (как и впускных) клапанов, превышающую 180° поворота коленчатого вала (п.к.в.), т.е. такта выпуска.

Так например, двигатели типа ЧН21/21 имеют продолжительность открытия выпускных клапанов превышающую 300° п.к.в.. т.е. примерно 1/3 хода поршня от ВМТ к НМТ выпускные клапаны находятся в открытом положении, причем, учитывая, что режимы с отключением цилиндров

0

5

0

5

0

5

соответствуют минимальному диапазону скоростных режимов двигателя, проходное сечение клапанной щели, уменьшающееся в моменты открытия и закрытия клапанов, оказывает гораздо меньшее сопротивление потоку, чем если бы имели место режимы повышенных частот вращения, на которые и рассчитываются максимальные проходные сечения газораспределительных клапанов.

Таким образом, за рабочий цикл при открытых , выпускных клапанах поршни в отключенных цилиндрах дважды (на такте впуск и рабочий ход) движением к производят процесс всасывания отработавших газов из выпускного коллектора в цилиндры.

Поступление горячих газов в отключенные и относительно холодные цилиндры способствует прогреву деталей камеры сгорания и цилиндров о целом.

Кроме того, работа двигателя режиме с отключенными цилиндрами при закрытых газораспределительных клапанах сопровождается падением давления в этих цилиндрах до значений меньше атмосферного, что в свою очередь, не способствует повышению температуры внутри цилиндра в периоды тактов сжатие и выпуск.

При поступлении в цилиндры отработавших газов (в количестве, зависящем от давления в выпускном коллекторе и фаз работы клапанов) на тактах сжатие и выпуск температура рабочего тела добавочно повышается за счет процесса сжатия в цилиндре (мятие газа).

Таким образом, предварительное включение выпускных клапанов относительно впускных способствует прогреву отключаемых цилиндров отработавшими газами.

Мгновенное включение всех цилиндров при увеличении нагрузки не является обязательным.

Так, например, в практике наблюдается . часто реализуемый режим работы двигателя с отключением части цилиндров- это режим горячего отстоя, т.е. когда двигатель, например в составе тепловоза, продолжительное время работает на холостом ходу. Переход на работу под нагрузкой при этом может осуществляться с предварительным прогревом отключенных цилиндров, причем работа двигателя при прогреве по предлагаемому способу сопровождается меньшим

значением расхода топлива (соответствующим работе двигателя с отключенной группой цилиндров), чем если бы на режиме прогрева были включены все цилиндры. 5 Время прогрева в этом случае не регламентировано, а, кроме того, испытания, проведенные на двигателе 6ЧН 21/21 воВНИТИ, показали сокращение времени прогрева двигателя в варианте с частично выключен- 0 ными цилиндрами на 15-20%.

Таким образом, предложенный способ регулирования двигателя внутреннего сгорания позволяет повысить надежность работы двигателя за счет исключения явления 5 помпажа в газовоздушном тракте и предварительного прогрева цилиндров отработавшими газами при организации определенной последовательности сообщения отключенных цилиндров с газовоздуш- 0 ными трактами и включения-выключения топливоподачи.

Предлагаемый способ регулирования прошел экспериментальную проверку на двигателе 6ЧР 21/21 со ВНИТИ и может 5 быть использован на двигателях различного назначения и иных размерностей,

Формула изобретения

1. Способ регулирования двигателя внутреннего сгорания, заключающийся вот0 ключении и подключении части цилиндров путем периодического прекращения топливоподачи и газообмена между отключенными цилиндрами и газовоздушным трактом,, заполнения отключенных цилиндров отра5 ботавшими газами и частичного их вытеснения из цилиндра путем сообщения цилиндров с выпускным трактом, о т л и ч a torn, и и с я тем, что, с целью повышения надежности работы, при отключении цилин0. дров вначале их разобщают с впускным трактом, затем с выпускным, а при подключении части цилиндров вначале их сообщают с выпускным трактом, а затем - с впускным.

5

2. Способ пр.пЛ, о т л и ч а ю щ и и с и тем, что при включении цилиндров в работу, после сообщения их с выпускным трактом, измеряют значение температуры в цилинд- 0. pax, сравнивают ее с эталоном и сообщают цилиндры с впускным трактом после дости- . жения равенства или превышения измеряемого значения температуры над эталоном.

Редактор

&иг. S

Составитель В.Воробьев

Техред М.Моргентал

Корректор М. Ткач v

Использование: регулирование двигателей внутреннего сгорания с отключаемыми цилиндрами. Сущность изобретения: при отключении части цилиндров двигателя периодически прекращают подачу топлива и газообмен между отключенными цилиндра ми и газовоздушным трактом. Отключенные цилиндры заполняют отработавшими газами и сообщают с выпускным трактом. При отключении цилиндров их вначале разобщают с впускным трактом, а затем с выпускным трактом, причем при подключении части цилиндров вначале их сообщают с выпускным трактом, а затем с впускным. После сообщения цилиндров с выпускным трактом измеряют значение температуры в цилиндрах, сравнивают и с эталоном и сообщают цилиндры с впускным трактом после достижения равенства или превышения измеряемого значения температуры над эталоном. 2 ил.