устройство для регулирования выходной мощности двигателя внутреннего сгорания

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВЫХОДНОЙ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащее впускные клапаны механизма газораспределения, распределительный вал с кулачками, механизмы приводов впускных клапанов от кулачков, выполненные с возможностью разъединения кинематической связи клапанов с кулачками, исполнительные механизмы с управляющим устройством, выполненные с возможностью принудительного открытия клапанов, причем число исполнительных механизмов равно числу цилиндров двигателя, отличающееся тем, что управляющее устройство выполнено в виде блока управления, датчиков углового положения кулачков, датчиков положения поршня, датчика нагрузки и датчика положения органа управления мощностью двигателя, связанных с блоком управления, последний содержит преобразователь сигнала датчика положения органа управления мощностью двигателя с информационными выходами и схему включения исполнительного механизма, выполненную в виде коммутационного устройства с информационными входами, соединенными с датчиками положения поршня и управляющими входами, подключенными к выходам преобразователя сигнала, D-триггер, информационный вход которого соединен с датчиком нагрузки, вход обнуления - с выходом коммутационного устройства, выход - с исполнительным механизмом, а вход синхронизации - с датчиком углового положения кулачка.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что датчик положения органов управления мощностью двигателя выполнен в виде потенциометра, движок которого кинематически связан с органом управления мощностью двигателя, преобразователь сигнала - в виде последовательно соединенных преобразователя частота-напряжение и аналого-цифрового преобразователя, а коммутационное устройство - в виде мультиплексора.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что исполнительные механизмы выполнены с пневматическим приводом.

4. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что исполнительные механизмы выполнены с электромагнитным приводом.

5. Устройство по пп. 1 - 4, отличающееся тем, что механизмы привода клапанов выполнены с коромыслами.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что коромысла выполнены в виде одноплечих рычагов, а исполнительные механизмы и кулачки расположены с возможностью взаимодействия с плечом рычага.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что коромысла выполнены в виде двуплечих рычагов, а исполнительные механизмы и кулачки расположены по разные стороны от рычагов с возможностью взаимодействия с различными плечами последних.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к устройствам для регулирования выходной мощности двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

Известно устройство для управления выходной мощностью двигателей внутреннего сгорания, содержащее блок управления с датчиками параметров работы ДВС, исполнительные механизмы газораспределительных клапанов, связанные с блоком управления [1].

Недостатком известного устройства является малая эффективность и надежность в работе, поскольку на всех режимах работы двигателя используется сложный механизм управления газораспределительных клапанов, использующий гидравлические или пневматические исполнительные механизмы, а также в процессе работы не определяется оптимальное количество свежего заряда впускаемого в цилиндры двигателя.

Известно устройство, позволяющее регулировать мощность двигателя, наиболее близкое к предлагаемому и принятое за прототип [2], содержащее впускные клапаны механизма газораспределения, вал с кулачками, механизмы приводов впускных клапанов от кулачков, выполненные с возможностью разъединения кинематической связи клапанов с кулачками, исполнительные механизмы, выполненные с возможностью принудительного открытия клапанов, причем число исполнительных механизмов равно числу цилиндров двигателя. Прототип позволяет использовать как распределительный вал для привода клапанов механизма, так и исполнительные механизмы для регулирования мощности, в частности путем изменения наполнения цилиндров. Однако прототип не позволяет решить задачу оптимального наполнения цилиндров в зависимости от изменения нагрузки.

Целью изобретения является повышение эффективности регулирования в зависимости от изменения нагрузки одновременно при сохранении надежности работы, вследствие использования распределительного вала при номинальной нагрузке.

Это достигается за счет того, что в устройстве, содержащем впускные клапаны механизма газораспределения, распределительный вал с кулачками, механизмы приводов впускных клапанов от кулачков, выполненные с возможностью разъединения кинематической связи клапанов с кулачками, исполнительные механизмы с управляющим устройством, выполненные с возможностью принудительного открытия клапанов, причем число исполнительных механизмов выполнено равным числу цилиндров двигателя, управляющее устройство выполнено в виде блока управления, датчиков углового положения кулачков, датчиков положения поршня, датчика нагрузки и датчика положения органа управления мощностью двигателя, связанных с блоком управления. Последней содержит преобразователь сигнала датчика положения органа управления мощностью двигателя с информационными выходами и схему включения исполнительного механизма, выполненную в виде коммутационного устройства с информационными входами, соединенными с датчиками положения поршня и управляющими входами, подключенными к выходам преобразователя сигнала, D-триггер, информационный вход которого соединен с датчиком нагрузки, вход обнуления - с выходом коммутационного устройства, а выход - с исполнительным механизмом. Датчик положения органом управления мощностью двигателя выполнен в виде потенциометра, движок которого кинематически связан с органом управления мощностью двигателя, преобразователь сигнала в виде последовательно соединенных преобразователя частота-напряжение и аналого-цифрового преобразователя, а коммутационное устройство в виде мультиплексора.

Исполнительные механизмы выполнены с пневматическим приводом, с электромагнитным приводом, механизмы привода клапанов выполнены с коромыслами, коромысла выполнены в виде одноплечих рычагов, а исполнительные механизмы и кулачки расположены с возможностью взаимодействия с плечом рычага. Коромысла выполнены в виде двуплечих рычагов, а исполнительные механизмы и кулачки расположены по разные стороны от рычагов с возможностью взаимодействия с различными плечами последних.

На фиг. 1 показана схема устройства с примером конкретного выполнения привода впускных клапанов с коромыслом в виде двуплечего рычага; на фиг.2 - блок управления; на фиг. 3 - схема устройства с примером конкретного выполнения привода впускных клапанов с коромыслом в виде одноплечего рычага.

Устройство содержит впускные клапаны 1 механизма газораспределения, распределительный вал с кулачками 2, механизмы приводов впускных клапанов с коромыслами 3, исполнительные механизмы 4, которые могут быть выполнены с гидравлическими (как в прототипе) или пневматическими или гидравлическими приводами, число исполнительных механизмов равно числу цилиндров двигателя или кратно числу цилиндров, работающих одновременно.

Управляющее устройство выполнено в виде блока управления 5, датчиков 6 углового положения кулачков, датчиков 7 положения поршней и датчиков 8 нагрузки, органа 9 управления мощностью двигателя, датчиков 10 положения органа 9. Блок управления 5 содержит преобразователь 11 сигнала датчика 10 с информационными выходами и схему 12 включения исполнительного механизма, содержащую коммутационное устройство 13 с информационными входами 14, соединенными с датчиками 7, D-триггер 15, информационный вход которого подключен к датчику 8, вход синхронизации - к датчику 6, вход обнуления - к выходу коммутационного устройства 13, а выход - с исполнительным механизмом 4. Количество схем 12 в блоке управления равно числу цилиндров в двигателе, а количество информационных входов в каждом из коммутационных устройств соответствует числу пар датчиков 7. Датчик положения органом управления мощностью двигателя выполнен в виде потенциометра, движок которого кинематически связан с органом управления 9 мощностью двигателя, преобразователь 11 сигнала - в виде последовательно соединенных преобразователя 21 частота-напряжение и аналого-цифрового преобразователя 22, а коммутационное устройство 13 - в виде мультиплексора. В состав блока управления 5 включения исполнительного механизма входят формирователи сигналов 16-19 и усилитель мощности 20. Преобразователь 11 сигнала датчика нагрузки выполнен в виде последовательно соединенных преобразователя 21 частота-напряжение и аналого-цифрового преобразователя 22. Датчик нагрузки выполнен в виде тахогенератора.

Устройство работает следующим образом.

При номинальной мощности двигателя впускные 1 и выпускные (не показаны) клапаны механизма газораспределения работают обычным образом от кулачков 2 распределительного вала. При этом в режиме полной нагрузки на информационный вход D-триггера 15 поступает нулевой сигнал и триггер 15 не изменяет своего состояния при подаче импульса на вход синхронизации, а исполнительный механизм отключен.

При переходе на режим частичных нагрузок срабатывает датчик 8, подавая в "единичный" сигнал на информационный вход триггера 15, который во время такта впуска по сигналу датчика 6 переключается и включает исполнительный механизм 4. В зависимости от настройки датчиков 6 исполнительный механизм 4 может или принудительно открыть впускной клапан 1 раньше чем его должен открыть кулачок 2, или же впускной клапан 1 может быть открыт кулачком 2, а исполнительный механизм поддерживать впускной клапан 1 постоянно открытым. После завершения такта впуска, во время которого впускной клапан остается постоянно открытым, поршень двигателя начинает движение от нижней мертвой точки НМТ к ВМТ, выталкивает лишний заряд из цилиндра, обеспечивая тем самым регулирование оптимального количества свежего заряда для данной нагрузки.

Аналоговый сигнал с датчика 10 положения органа 9 (например, педаль акселератора) преобразуется с помощью преобразо- вателя 11 сигнала в цифровой код, в зависимости от которого вход "обнуления" триггера 15 соединяется с тем или иным датчиком 7 положения поршня. При достижении поршнем выбранного датчика 7 последний срабатывает и обнуляет триггер 15, который отключает исполнительный механизм 4 и клапан 1 закрывается во время такта сжатия, а поршень продолжает сжимать оставшийся свежий заряд в цилиндре двигателя.

Таким образом, устройство позволяет не только регулировать оптимальное количество свежего заряда, но и за счет устранения сопротивления при выпуске и разрежении в цилиндре на такте впуска повысить КПД двигателя.