способ управления двигателем внутреннего сгорания с отключаемыми цилиндрами

Формула изобретения

1. Способ управления двигателем внутреннего сгорания с отключаемыми цилиндрами, при котором в отключаемых цилиндрах на режимах холостого хода и малых нагрузок прекращают процессы топливоподачи, например, за счет разгрузки топливной магистрали высокого давления, и газообмена (воздухоснабжения цилиндров и очистки их от отработавших газов) за счет воздействия на исполнительный орган привода газораспределительных клапанов, например, прекращением подачи рабочей жидкости к гидроштангам и остановки тем самым впускных и выпускных газораспределительных клапанов в закрытом положении, а затем включают отключенные цилиндры в работу при достижении двигателем заданного нагрузочного режима путем возобновления в этих цилиндрах процессов топливоподачи и газообмена, отличающийся тем, что производят измерение усилия в приводе газораспределительных клапанов отключаемых цилиндров, например, путем измерения давлений рабочей жидкости в гидроштангах, сравнивают замеренное усилие с эталонным и прекращение топливоподачи и газообмена в этих цилиндрах производят в случае превышения замеренного усилия над эталонным.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что измерение усилия в приводе производят с момента включения отключаемых цилиндров в работу и до их отключения.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что измерение усилия производят в приводе впускных клапанов.

4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что прекращение газообмена производят путем исключения воздухоснабжения цилиндров за счет остановки в закрытом положении впускных клапанов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению и, в частности, к способам управления двигателями внутреннего сгорания с отключаемыми цилиндрами.

Известен способ управления двигателями внутреннего сгорания с отключаемыми цилиндрами [1], в котором для повышения эффективности работы при включении цилиндров обеспечивается опережающее включение газораспределительных клапанов по отношению к моменту включения топливоподачи, путем управления блоком задержки, распределительным и следящим устройствами.

Известен способ регулирования четырехтактного двигателя внутреннего сгорания [2], принятый за прототип, при котором в отключаемых цилиндрах на режимах холостого хода и малых нагрузках прекращают процессы топливоподачи и газообмена, причем прекращение газообмена производят за счет перекрытия каналов между цилиндрами и газовоздушным трактом, а затем включают отключенные цилиндры в работу при достижении двигателем заданного нагрузочного режима путем возобновления в них процессов топливоподачи и газообмена.

Недостатком известных способов является отсутствие защиты элементов привода газораспределительных клапанов от перегрузок.

Необходимость такой защиты поясняется следующими положениями:

1) для достижения максимального эффекта по топливной экономичности у двигателей с отключаемыми цилиндрами прекращение газообмена производят путем остановки в данных цилиндрах впускных и выпускных газораспределительных клапанов в закрытом положении [3,4];

2) в приводе газораспределительных клапанов отключаемых цилиндров используется, как правило, управляемый элемент, прекращающий передачу возвратно-поступательного движения от кулачка распределительного вала к газораспределительному клапану, например, гидроштанга [5];

3) наличие в приводе элемента (механизма) с гидроуправлением практически неизбежно ведет к неодновременному открытию впускных и выпускных клапанов двигателя из-за различной степени точности изготовления гидроцилиндров, разной длины управляющих магистралей, измерения температуры рабочей жидкости (масла) и т. д. (данное положение справедливо и в случае применения других видов привода: электромагнитного, гидромеханического и др.);

4) в идеальном случае при одновременном открытии (на данном рабочем цикле) впускных и выпускных клапанов (при команде на включение цилиндров) усилия, возникающие в приводе клапанов от давления газов, сравнительно невелики, так как в момент открытия впускного клапана (до ВМТ) в цилиндре закончился процесс при еще открытых выпускных клапанах, а при открытии выпускных клапанов (до НМТ) в цилиндре заканчивается процесс расширения; (по экспериментальным данным, применительно к тепловозным двигателям типа ЧН21/21 давление газов на тарелку клапана в момент его открытия не превышает 0,3-0,5 МПа);

5) в случае запаздывания включения выпускных клапанов и при уже включившихся впускных клапанах в цилиндре происходит процесс впуска, сжатия, расширения и повторного сжатия на такте выпуска при закрытых выпускных клапанах. При этом начало открытия впускных клапанов (за 10-60^o поворота коленчатого вала до ВМТ такта выпуска) приходится в период нарастания давления в цилиндре, значение которого близко к давлению конца сжатия. Усилия в приводе газораспределительных клапанов резко возрастают.

Для названных двигателей усилия в приводе в этом случае увеличиваются в 5-10 раз, что ведет к аварийному режиму работы двигателя.

Аварийный режим работы при работающих только впускных клапанах может возникнуть как в период включения цилиндров в работу, так и в процессе работы из-за неисправности гидроэлементов привода, а также в момент выключения цилиндров.

Аварийный режим (по нарастанию усилия в приводе) усугубляется при появлении в цилиндрах воспламенения подаваемого топлива.

При натурных испытаниях в случае включения только впускных клапанов двигателя, от возникающих нагрузов имели место разрушения рычагов привода (двигатели 6ЧН21/21) и гидроштанг (двигатели 16ЧН26/26).

Техническим результатом изобретения является защита элементов привода газораспределительных клапанов от перегрузок.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе управления двигателем внутреннего сгорания с отключаемыми цилиндрами, при котором в отключенных цилиндрах на режимах холостого хода в малых нагрузок прекращают процессы топливоподачи, например, за счет разгрузки топливной магистрали высокого давления, и газообмена (воздухонапряжения цилиндров дров и очистки их от отработавших газов), для чего воздействуют на исполнительный орган привода газораспределительных клапанов, например, прекращают подачу рабочей жидкости к гидроштангам и останавливают тем самым впускные и выпускные газораспределительные клапаны в закрытом положении, а затем включают отключенные цилиндры в работу при достижении двигателем заданного нагрузочного режима путем возобновления в этих цилиндрах процессов топливоподачи и газообмена, дополнительно производят измерение усилия в приводе газораспределительных клапанов, например, путем измерения давления рабочей жидкости в гидроштангах, сравнивают измеренное усилие с эталонным (допустимым, заданным) и прекращение в отключаемых цилиндрах топливоподачи и газообмена производят в случае превышения замеренного значения над эталонным.

Кроме того, измерение усилия в приводе производят с момента включения отключаемых цилиндров в работу и до их отключения, преимущественно в приводе впускных клапанов, а прекращение газообмена производят путем исключения воздухоснабжения цилиндров за счет остановки в закрытом положении впускных клапанов.

Измерение усилия в приводе может производиться постепенно. Однако с целью экономии энергоресурсов и повышения долговечности измерительного комплекса (датчиков, преобразователя и т.д.) измерение усилия в приводе производят с момента включения отключаемых цилиндров в работу и до их отключения, а, поскольку перегрузки наиболее вероятны в приводе только впускных клапанов, то и измерения усилия и прекращение газообмена (воздухоснабжения) производят в этом приводе, причем прекращение воздухоснабжения производят за счет остановки в закрытом положении впускных клапанов.

Остановка впускных клапанов при работающих выпускных клапанах исключает заполнение цилиндров свежим зарядом и соответственно процесс сжатия протекает при незначительном повышении давления в цилиндре, которое, по данным экспериментов, находится на уровне 0,4-0,7 МПа, т.е. усилие в приводе выпускных клапанов, даже при отставании включения впускных клапанов, не может превысить допустимые значения.

На чертеже изображена схема системы отключения цилиндров.

Система отключения цилиндров для реализации предлагаемого способа управления двигателем содержит впускной клапан 1 и выпускной 2, исполнительные органы - гидроштанги 3 и 4, взаимодействующие с кулачками 5 и 6 распределительного вала и через рычаги 7 и 8 - с клапанами 1 и 2. На гидроштангах размещены датчики 9 и 10, соединенные связями 11 и 12 с блоком сравнения 13, который в свою очередь связями 14 и 15 соединен с управляющими механизмами 16 и 17, а связью 18 - с механизмом отключения топливоподачи 19. Механизм 16, 17 и 19 связями 20, 21 и 22 соединены с задатчиком командного сигнала - контроллером машиниста 23. Магистраль рабочей жидкости (масла) 24 через управляющие механизмы 16 и 17 сообщена трубопроводами 25 и 26 с гидроштангами 3 и 4.

Предлагаемый способ управления осуществляется следующим образом.

При включении отключенных цилиндров в работу командный сигнал от контроллера машиниста 23 по связям 20, 21 и 22 направляют к управляющим механизмам 16 и 17 и механизму отключения топливоподачи 19. Механизмы 16 и 17 открывают подачу масла из магистрали 24 по трубопроводам 25 и 26, а также по каналам (не показаны) в рычагах 7 и 8, к гидроштангам 3 и 4.

Заполняемые маслом гидроштанги начинают передавать возвратно-поступательное движение от вращающихся кулачков 5 и 6 к клапанам 1 и 2, которые обеспечивают газообмен в цилиндре двигателя. Одновременно механизмом 19 включают подачу топлива в цилиндры.

Датчиками 9 и 10 замеряют усилия в приводе и передают сигнал по связям 11 и 12 в блок сравнения 13. Если усилия в приводе не превышают эталонных значений, блок сравнения 13 сигналов не выдает.

В случае возрастания усилия в приводе клапанов сверх допустимых значений (по сравниванию сигналов от датчиков 9 и 10 с эталоном) блок сравнения 13 по связям 14, 15 и 18 выдает сигнал на управляющие механизмы 16 и 17 и механизм отключения топливоподачи 19. Механизмы 16 и 17 перекрывают подачу масла к гидроштангам 3 и 4, отчего газораспределительные клапаны 1 и 2 останавливаются. Одновременно механизм 19 прекращает подачу топлива в цилиндры.

Однако, учитывая, что при неодновременном включении (выключении) газораспределительных клапанов наибольшие (сверх допустимых) усилия возникают в приводе впускных клапанов, целесообразно измерение усилия производить только датчиком 9 по связи 11 и в случае нарушения в работе привода выпускных клапанов 2 (клапаны продолжают оставаться в закрытом положении), сравнив сигнал от датчика 9 с эталоном, блок сравнения 13 выдает сигнал на управляющий механизм 16, останавливая тем самым работу впускного клапана 1, и на механизм 19, перекрывая топливоподачу.

Целесообразность остановки в закрытом положении только впускных клапанов 1 при работающих выпускных 2 обусловлена также тем, что, поскольку газообмена при этом цилиндра с газовоздушным трактом (не показаны) практически не происходит (на такте впуска воздух в цилиндры не поступает, а на такте выпуска происходит опоражнивание цилиндра), затраты энергии на перетоки газов через клапанные щели и на сжатие значительно меньше, чем в случае работы впускных и выпускных клапанов, и незначительно отличаются от затрат энергии при всех закрытых клапанах, т.е. при отключении только впускных клапанов двигатель работает в экономичном режиме со снижением расхода топлива, в количественном отношении близком к режиму со всеми отключаемыми клапанами.

Таким образом, предлагаемый способ управления двигателем внутреннего сгорания с отключаемыми цилиндрами обеспечивает защиту элементов привода газораспределительных клапанов от перегрузок в случае неодновременного включения впускных и выпускных клапанов двигателя.