Система управления двигателем внутреннего сгорания с отключаемыми цилиндрами Советский патент 1993 года по МПК F02D17/02 

Предполагаемое изобретение относится к области машиностроения и, в частности к системам управления двигателями внутреннего сгорания с отключаемыми цилиндрами.

Цель изобретения - улучшение пусковых свойств при повышенной надежности работы двигателя.

На чертеже представлена схема системы управления двигателем внутреннего сго- рания.

Система содержит впускной 1 и выпускной 2 кулачки распредвала, связанные через механизмы отключения 3 и 4 и коромысла 5 и 6 с соответственно впускным 7 и выпускным 8 клапанами газораспределения.

Механизмы отключения 3 и 4 включают штоки 9 и 10, пружины 11 и 12, внутренние полости 13 и 14, обратные клапаны 15 и 16, накопители 17 и 18, регуляторы расхода 19 и 20 с дросселями 21 и 22.

Напорная магистраль 23 сообщена через распределительное устройство 24, включающее заслонку 25, с управляющими магистралями 26, 27 и 28 и со сливной магистралью 29, в которой установлен блок задержки 30.

Управляющие магистрали 26 и 27 сообщены с механизмами отключения 3 и 4, а магистраль 28 - с механизмом отключения топливоподачи 31, установленном на топливном насосе высокого давления 32 и имеющим стравливающий клапан 33, сообщаяющий трубопровод высокого давления 34 с каналом слива топлива 35.

Стрелками показано направление движения жидкости: штрих-пунктиром - второе положение заслонки 25, соответствующее режиму с отключением цилиндров.

В исходном положении и при отсутствии подачи рабочей жидкости, например масла, в напорную магистраль 23 от источника давления (не показан), поворотная за00

го со

ел

W

слежка 25 распределительного устройства 24 сообщает напорную магистраль 23 с управляющими 26 и 27, а управляющую магистраль 28 - со сливной 29. Обратные клапаны 15 и 16 механизмов отключения 3 и 4 находятся в закрытом положении, а внутренние полости 13 и 14 (а также полости накопителей 17 и 18) опорожнены от масла. Штоки 9 и 10 под действием пружин 11 и 12 находятся в крайнем нижнем положении, контактируя с кулачками распредвала 1 и 2. Газораспределительные клапаны 7 и 8 находятся в закрытом положении. Вращение кулачков распредвала вызывает возвратно- поступательное перемещение подпружиненных штоков 9 и 10 внутри опорожненных полостей 13 и 14, не передавая перемещений на клапаны 7 и 8.

Блок задержки 30 препятствует выходу масла из магистрали 29, оставшемуся от предыдущего цикла работы, что не позволяет стравливающему клапану 33 вернуться в закрытое положение, чем обеспечивается сообщение трубопровода высокого давления 34 со сливным каналом 35.

Цилиндры двигателя отключены как по газоснабжению, так и по топливоподаче.

Система управления работает следующим образом.

При запуске двигателя относительно холодное масло от источника давления подается в напорную магистраль 23 и через распределительное устройство 24 по управляющим магистралям 26 и 27 поступает к регуляторам расхода 19 и 20. выполненным в виде набора дросселей 21 и 22, причем проходное сечение каждого дросселя 21 в магистрали впускных клапанов большем, а количество меньше, чем дросселей 22 в магистрали выпускных клапанов. Суммарное проходное сечение дросселей 21 каждого регулятора расхода 19 меньше, чем суммарное проходное сечение дросселей 22 регулятора расхода 20.

Из-за различного сопротивления, оказываемого дросселями при прохождении холодного масла, быстрее будет заполняться механизм 3 магистрали впускных клапанов, т.к. при большой вязкости масла решающее значение по величине расхода имеет проходное сечение единичного дросселя. В пределе, при достаточно малых дросселях 22 и значительной вязкости масла (при реальных давлениях) переток масла может полностью отсутствовать.

Таким образом, при запуске холодного двигателя вначале включаются механизмы 3 и, соответственно, впускные клапаны 7. а затем механизмы 4 и выпускные клапаны 8

Временная задержка между включениями клапанов, кроме соотношения количества и величины проходных сечений дросселей, регулируется объемом (подюирается при сборке) накопителей 17 и 18. Масло, прошедшее через дроссели, вначале заполняет полости накопителей, а затем, преодолевая сопротивление обратного клапана 15 и 16, поступает в рабочие полости

13 или 14 механизмов отключения, т.е. в зависимости от соотношения объемов накопителей можно регулировать величину (расширять диапазон регулирования) задержки включения газораспределительных клапанов, причем величина обьема накопителей пропорциональна требуемому времени задержки включения клапанов.

После включения впускных клапанов, включаются (автоматически) выпускные клапаны, после чего блок задержки 30 открывает сливную магистраль 29 и масло опоражнивает механизм отключения топли- воподачи 31, а возвратная пружина закрывает стравливающий клапан 33, чем

обеспечивает подачу топлива от насоса 32

по трубопроводу 34 к цилиндрам двигателя.

Опережающее включение впускных

клапанов обеспечивает периодическое (на

тактах впуск) заполнение цилиндров воздухом, сжатие его на тактах сжатие и выпуск (мятие газа) и за счет этого повышение температуры воздушного заряда и стенок цилиндра. В конце такта выпуск через откр-ывающиеся впускные

клапаны (опережение открытия впускных клапанов до прихода поршня в верхнюю мертвую точку характерно для всех двигателей) сжатый воздух частично выталкивается в воздушный ресивер, магревая его стенки.

при этом, если во время запуска отключалась часть цилиндров двигателя, то нагретый воздух из ресивера заполняет неотключенные цилиндры, а в случае отключения при запуске (прокрутке) всех цилиндров. предварительное открытие впускных клапанов обеспечивает прогрев цилилдров двигателя (от мятия в них воздуха), воздушного ресивера и воздушного заряда перед поступлением в работающие цилиндры

при их включении.

При включении цилиндров в работу на прогретом двигателе (при горячем масле) разница в сопротивлении проходных сече- ний единичных дросселей влияет меньше, нежели пропускная способность суммарного проходного сечения регуляторов расхода, а поскольку большее суммарное проходное сечение имеют регуляторы расхода в магистрали выпускных клапанов, то

и первыми при горячем масле включаются в работу выпускные клапаны.

Опережающее включение выпускных клапанов перед впускными при работе двигателя необходимо для исключения эффекта помпажа (нарушения сплошности воздушного потока в ресивере), которое имеет место при опережающем включении впускных клапанов.

Явление помпажа снижает надежность работы двигателя м может привести к нарушению узлов турбокомпрессора и деталей газовоз душного тракта.

Кроме того, при подключении цилиндров в работу с опережающим включением выпускных клапанов осуществляется прогрев отключаемых цилиндров отработавшими газами из выпускного коллектора (за счет запаздывания закрытия выпускных клапанов за верхнюю мертвую точку такта выпуска), что позволяет подготовить цилиндры для более быстрого принятия нагрузки.

По команде на отключение цилиндров заслонку 25 распределительного устройства 24 переводят в положение, обозначенное на фиг. штрихпунктиром. При этом масло из напорной магистрали 23 поступает по магистрали 28 к механизму 31, где, воздействуя на его стравливающий клапан 33, перемещает его вправо и сообщает тем самым трубопровод высокого давления 34 с каналом слива топлива 35, т.е. топливоподача в данные цилиндры отключена.

Одновременно с поворотом заслонки 25 прекращается подача масла к механизмам отключения 3 и 4, а масло, находящееся во внутренних полостях механизмов, выдавливается по зазорам между штоками 9 и 10 и корпусами механизмов 3 и 4. С опорожнением внутренних полостей штоки 9 и 10 свободно перемещаются внутри корпуса, не передавая возвратно-поступательного движения на газораспределительные клапаны - последние остаются в закрытом положении, т.е. цилиндры двигателя отключены по газоснабжению, а механизмы отключения подготовлены к последующему включению.

Таким образом, установка в управляющих магистралях регуляторов расхода в виде дросселей с различными проходными сечениями обеспечивает при холодном масле при запуске двигателя опережающее включение впускных клапанов, а при работе двигателя на горячем масле и подключении цилиндров в работу - опережающее включение выпускных клапанов. Данная последовательность подключения газораспределительных клапанов обеспечивает предварительный прогрев поступающего воздушного заряда и деталей цилиндропоршневой группы при запуске двигателя и повышает надежность работы двигателя при подключении цилиндров & работу.

Применительно к двигателю типа ЧН21/21, оборудованному системой отключения группы из трех цилиндров, предварительное включение впускных клапанов перед выпускными при запуске двигателя обеспечивает повышение температуры воэ0 духа перед цилиндрами (в воздушном ресивере) на 20...30°С, а опережающее включение выпускных клапанов при подключении цилиндров в работу не приводит к заметному нарушению воздушного пото5 ка, либо другим явлениям отрицательного характера и повышает температуру в отключенных цилиндрах через 0,5...2,0 с на 90...120°С.

Предлагаемая система разрабатывзет0 ся применительно к двигателям типа ЧН21/21 Балаковского завода и может быть использована на двигателях различного назначения и иных размерностей. Формула изобретения

5 1. Система управления двигателем внутреннего сгорания с отключаемыми цилиндрами, содержащая гидравлические механизмы отключения впускных и выпускных клапанов, выполненные в виде гидро0 цилиндров с подпружиненными штоками и рабочими полостями, соединенными через обратные клапаны с управляющими магистралями, распределительное устройство с одним входом и двумя выходами и блок за5 держки, причем вход распределительного устройства соединен с напорной магистралью, первый его выход соединен с управляющими магистралями гидравлических механизмов отключения, а второй выход че0 рез блок задержки соединен со сливной магистралью, отличающаяся тем, что, с целью улучшения пусковых свойств при повышенной надежности в1 работе двигателя, система снабжена регуляторами расхода,

5 выполненными в виде дросселей и установленными между управляющими магистралями и соответствующими гидравлическими механизмами отключения клапанов, причем проходное сечение одного дросселя, уста0 новленного между управляющей магистралью и гидравлическим механизмом отключения выпускных клапанов, больше проходного сечения одного дросселя, установленного между управляющей магист5 ралью и гидравлическим механизмом отключения выпускных клапанов, а количество и суммарное проходное сечение дросселей, установленных между управляющими магистралями и гидравлическими механизмами отключения впускных клаланов, меньше, чем количество и суммарное проходное сечение дросселей, установленных между управляющими магистралями и гидравлическими механизмами отключения выпускных клапанов.

2. Система по п, 1, отличающаяся тем, что она снабжена накопителями, выполненными в виде полостей, каждая из которых включена между соответствующими регуляторами расхода и обратным клапаном.

3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что накопители выполнены с объемом, пропорциональным задаваемым временем задержки включения клапанов в работу.

Использование: система позволяет улучшить пусковые свойства при повышенной надежности работы двигателя. Сущность изобретения: автоматическое управление последовательностью включения впускных и выпускных клапанов газораспределения достигается установкой между управляющими магистралями и механизмами отключения регуляторов расхода с дросселями с различными проходными сечениями, а также накопителей, объем которых пропорционален задаваемому времени задержки включения клапанов в работу. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.