УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
INTERNAL COMBUSTION ENGINE CONTROL APPARATUS

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к системам автоматического управления двигателями, и может быть использовано, например, в звездообразных двигателях внутреннего сгорания.
Известен двигатель внутреннего сгорания (ДВС) с устройством для выборочного включения части цилиндров [1], содержащий одноцилиндровые отсеки двигателя внутреннего сгорания, каждый из которых снабжен своим коленчатым валом и газораспределительным механизмом. На коленчатых валах свободно установлены шестерни, входящие в зацепление друг с другом. Включение в работу отдельных отсеков, а также выключение их из работы производится с помощью гидроподжимных муфт, которые блокируют шестерни с коленчатыми валами.
Недостатком указанного двигателя является отсутствие алгоритма и устройства управления.
Известно также устройство управления двигателем внутреннего сгорания [2], содержащее датчики нагрузки первой и второй части двигателя, сумматор, пороговый элемент, два преобразователя напряжения в частоту, реверсивный счетчик, элементы ИЛИ, два усилителя и две управляемые муфты. Первая муфта включается и соединяет первую часть двигателя с выходным валом. Вторая часть двигателя отсоединена второй муфтой от выходного вала. При нагрузках, меньше половины номинальной, происходит поочередное включение и отключение частей двигателя от выходного вала.
Недостатком данного устройства является низкая эффективность управления двигателем, так как не учитывается возможность большего снижения потребления топлива при отключении части цилиндров.
Технический результат - повышение эффективности управления двигателем внутреннего сгорания за счет снижение расхода топлива.
Рассмотрим схему и работу устройства на примере четырехцилиндрового двигателя.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство содержит датчик момента вращения выходного вала двигателя, выход которого соединен с первой половиной адресного входа табличного вычислителя, выполненного на базе постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), со второй половиной адресного входа которого соединен выход датчика частоты вращения вала двигателя. Выход табличного вычислителя соединен со входом дешифратора, первый выход которого соединен с управляющим входом первого электронного ключа, второй выход - со входом второго, третий выход - со входом третьего и четвертый выход - со входом четвертого электронных ключа соответственно, а также соответствующие выходы дешифратора соединены с соответствующими управляющими входами первого, второго, третьего и четвертого электромагнитных клапанов. Выходы ключей первой группы соединены с управляющими входами первой, второй, третьей и четвертой электромагнитных муфт соответственно. Выходы электромагнитных клапанов соединены топливными системами первого, второго, третьего и четвертого цилиндров соответственно. На входы электромагнитных клапанов подается топливо с топливной системы ДВС.
Выходные валы первого, второго, третьего и четвертого одноцилиндрового отсека двигателя внутреннего сгорания (далее в тексте цилиндров) соединены через соответствующие электромагнитные муфты с выходным валом двигателя.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена функциональная схема устройства, из фиг. 2 изменение удельного расхода топлива от эффективности использования мощности двигателя.
Устройство содержит датчик 1 момента вращения (например, [3]), соединенный с первой половиной адресного входа табличного вычислителя 2, выполненного на базе постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), со второй половиной адресного входа, которого соединен выход датчика 3 частоты вращения вала двигателя. Выход табличного вычислителя 2 соединен со входом дешифратора 4, имеющего четыре выхода и первый выход которого соединен с управляющим входом первого 5, второй выход - со входом второго 5, третий выход - со входом третьего 7 и четвертый выход
- со входом четвертого 8 электронных ключей первой группы соответственно, выходы которых соединены с управляющими входами первой 9, второй 10, третьей 11 и четвертой 12 электромагнитных муфт соответственно. Также выходы дешифратора 4. соединены с соответствующими управляющими входами электромагнитных клапанов: первый выход - со входом первого 13, второй - со входом второго 14, третий
- со входом третьего 15 и четвертый - со входом четвертого 16 соответственно, выходы электромагнитных клапанов соединены с топливной системой первого 17, второго 18, третьего 19 и 20 цилиндров ДВС соответственно, а входы электромагнитных клапанов соединены с трубопроводом подачи топлива ДВС.
Выходные валы первого 17, второго 18, третьего 19 и четвертого 20 цилиндров соединены через соответствующие 9, 10, 11 и 12 электромагнитные муфты с выходным валом двигателя 21.
Устройство работает следующим образом. Из теории автомобиля известно, что при оптимальном режиме работы двигателя удельный расход топлива минимален. На фиг. 2 [4] представлена зависимость удельного расхода топлива от мощности двигателя и скорости вращения его вала, из которой видно, что оптимальный режим работы двигателя в зависимости от минимального расхода топлива лежит в некотором диапазоне коэффициента использования мощности для разных значений частот вращения вала и близок к максимальной величине мощности.
Имея набор таких зависимостей удельного расхода топлива от коэффициента использования мощности и от частоты вращения двигателя для конкретных типов двигателей, можно составить числовые таблицы этих зависимостей.
1
2
1
2
1
2
1
2
Также на кривой фиг. 2 видно, что при небольших значениях коэффициента использования мощности величина удельного расхода топлива значительно возрастает. Это означает, что такие режимы работы двигателя являются очень неэкономичными. Для сокращения расхода топлива и организации работы двигателя в экономичном режиме весь диапазон мощностей двигателя разбивается на поддиапазоны по количеству цилиндров в двигателе. Например, для 4-цилиндрового двигателя выделяется четыре поддиапазона. В 1-м поддиапазоне выделяется участок в 0-1.0 от максимальной мощности для одного цилиндра, во 2-м выделяется участок в 0.5-1.0 от максимальной мощности для двух работающих цилиндров, в 3-м выделяется участок в 0.5-1.0 от максимальной мощности для трех работающих цилиндров, в 4-м выделяется участок в 0.5-1.0 от максимальной мощности для четырех работающих цилиндров. Эти значения мощностей записываются в табличный вычислитель (ПЗУ). Таким образом, обозначив значения мощностей для первого участка как n-n, будем иметь для второго участка 2*(n-n), для третьего 3*(n-n)и, соответственно, для четвертого участка 4*(n-n).
При нагрузках на двигатель меньше, чем 1.0 мощности, который развивает один цилиндр, в работе будет участвовать только один цилиндр, при мощностях, больше, чем 1.0 максимальной мощности, развиваемой одним цилиндром и меньше, чем 2*1.0=2.0 от мощности, которую развивают два цилиндра, в работе будут участвовать два цилиндра, соответственно, в случае если мощность больше, чем 2*1.0=2.0 от мощности, которую развивают два цилиндра и меньше, чем в 3*1.0=3.0 от мощности, развиваемой тремя цилиндрами, в работе будет три цилиндра, а при мощности больше чем 3*1.0=3.0, которую развивают четыре цилиндра, в работе будут участвовать все четыре цилиндра.
Таким образом, большую часть времени двигатель будет работать в режимах, близких к оптимальным и, соответственно, расход топлива будет минимальным.
При нагрузке на двигатель меньшей, чем 0-1.0 от максимальной мощности для одного цилиндра, сигналы от датчика 1 и от датчика 2 поступают на первый и второй адресные входы ПЗУ 3.
Сигнал с датчика 1 момента вращения вала поступает, например, на первые N1 адресные разряды табличного вычислителя 2, выполненного, например, на базе постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), на вторые N2 адресные разряды которого поступает сигнал с датчика 3 частоты вращения вала двигателя. В ячейках табличного вычислителя 2 будут записаны заранее рассчитанные данные (числовые таблицы), соответствующие определенным нагрузкам и частотам вращения. Эти данные определяют порядок включения - отключения части цилиндров в процессе работы двигателя таким образом, чтобы расход топлива во время работы двигателя был минимальным. Например, для работы только одного цилиндра выходной код будет иметь вид: 1000, двух цилиндров - 1100, трех цилиндров - 1110 и четырех цилиндров - 1111. Эти цифровые коды поступают на вход дешифратора 4, имеющего четыре выхода. В случае поступления на его вход кода 1000 на первом выходе дешифратора появится управляющий сигнал, на остальных выходах этот сигнал будет отсутствовать. При поступлении сигнала 1100 управляющие сигналы появятся на первом и втором выходах дешифратора 4. При поступлении кода 1110 управляющие сигналы появятся на первом, втором и третьем выходах дешифратора 4. И, наконец, при поступлении на вход дешифратора 4 кода 1111 управляющие сигналы появятся на всех четырех его выходах. Эти управляющие сигналы поступают на соответствующие входы ключей 5, 6, 7, и 8 первой группы, а также на входы электромагнитных клапанов 13, 14, 15 и 16 соответственно. Ключи 5, 6, 7 и 8 управляют включением и выключением 9, 10, 11 и 12 электромагнитных муфт соответственно. При открытом ключе муфта включается, а при закрытом выключается.
Электромагнитные клапаны 13, 14, 15 и 16 включают или выключают подачу топлива в цилиндры 17, 18, 19 и 20 соответственно. При подаче сигнала клапан открывается и пропускает топливо в цилиндр, а при отсутствии сигнала - топливо, соответственно, не поступает.
При работе только первого цилиндра 17 крутящий момент от него через электромагнитную муфту 9 передается на выходной вал двигателя 21. При работе двух цилиндров 17 и 18 крутящие моменты от них передаются через электромагнитные муфты 9 и 10 на выходной вал двигателя 21. При работе трех цилиндров 17, 18 и 19 крутящие моменты от них через электромагнитные муфты 9, 10 и 11 передаются на выходной вал двигателя 21. При работе всех четырех цилиндров 17, 18, 19 и 20 крутящие моменты от них передаются через электромагнитные муфты 9, 10, 11 и 12 соответственно на выходной вал двигателя 21.
Таким образом, за счет включения - отключения части цилиндров от выходного вала двигателя и учитывая то, что в неработающих цилиндрах поршни не движутся и, соответственно, нет потерь на трение, а также то, что топливо подается только в работающие цилиндры в зависимости от нагрузки на двигатель, происходит существенная экономия топлива.
Литература:
1. Патент №2046972 кл. F02D 17/02, F02D 25/04, опубл. 27.10.1995.
2. А.с. №1370273 кл. F02D 17/02, опубл. 30.01.1988, бюлл. №4.
3. http://www.sensor-systems.ru/product_l7.html.
4. Литвинов А.С., Фаробин Я.Е. Автомобиль. Теория эксплуатационных свойств. М., Машиностроение, 1989, стр. 89, рис. 59, 60.