СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
INTERNAL COMBUSTION ENGINE CONTROL METHOD

Изобретение относится к области регулирования двигателей внутреннего сгорания (ДВС), преимущественно двухтактных.
Известен способ регулирования двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в том, что после выпуска продуктов сгорания из рабочего цилиндра через выпускной орган газораспределения в выпускной коллектор изменяют площадь проходного сечения выпускного коллектора золотниковым органом, изменяя таким образом давление на участке коллектора между цилиндром и золотниковым органом, препятствуют повышенным давлением в указанном участке коллектора выходу из цилиндра заряда (RU 2472014 C2, опубл. 10.01.2013).
Недостатком известного способа является дросселирование на большей части режимов работы двигателя процесса выпуска, что создает сопротивление газообмену, ухудшающему очистку цилиндра от продуктов сгорания и наполнение цилиндра свежим зарядом.
Известен способ регулирования двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в том, что после выпуска продуктов сгорания из рабочего цилиндра через выпускной орган газораспределения в выпускной коллектор перекрывают проходное сечение выпускного коллектора золотниковым органом, способствуя возврату в цилиндр перед закрытием выпускного органа часть заряда из выпускного коллектора (SU 328254 А1, опубл. 02.11.1972).
Недостатком известного устройства является отсутствие принудительного регулирования количества возвращаемого в цилиндр заряда в зависимости от режима работы двигателя.
Техническим результатом является расширение диапазона экономичной работы двигателя, а также возможность формирования характеристики крутящего момента в зависимости от эксплуатационных требований.
Поставленная цель достигается тем, что при реализации способа регулирования двигателя внутреннего сгорания, заключающегося в том, что после выпуска продуктов сгорания из рабочего цилиндра через выпускной орган газораспределения в выпускной коллектор уменьшают площадь проходного сечения выпускного коллектора золотниковым органом, повышая таким образом давление на участке коллектора между цилиндром и золотниковым органом, препятствуют повышенным давлением в указанном участке коллектора выходу из цилиндра заряда, при этом изменяют проходное сечение коллектора в течение части полного рабочего цикла двигателя, увеличивая проходное сечение коллектора до максимального к началу последующего процесса выпуска из цилиндра продуктов сгорания, сечение коллектора изменяют во время проведения каждого рабочего цикла, при этом изменяют величину максимальной за рабочий цикл площади перекрытия сечения коллектора в зависимости от режима работы двигателя.
Поставленная задача достигается также тем, что сечение коллектора изменяют до полного его перекрытия.
Поставленная задача достигается также тем, что регулируют момент начала изменения проходного сечения выпускного коллектора в зависимости от изменения режима работы двигателя.
Поставленная задача достигается также тем, что, по меньшей мере, на части режимов работы двигателя, перед закрытием выпускного органа цилиндра, перепускают из выпускного коллектора обратно в цилиндр часть находящегося в коллекторе заряда, используя повышенное давление на участке коллектора между цилиндром и золотниковым органом.
Изобретение поясняется при помощи чертежей.
На фиг. 1 показан регулируемый двухтактный двигатель;
На фиг. 2 - то же, вид на золотниковый орган;
На фиг. 3 - то же, схема выполнения регулируемого золотникового органа;
На фиг. 4 - то же, положение золотникового органа после изменения регулирующего воздействия;
На фиг. 5 показана схема механизма регулирования относительного углового положения вала золотникового органа;
На фиг. 6 показан вид на механизм в начальном положении;
На фиг. 7 - то же, в положении после регулирующего воздействия.
Двигатель, в котором реализуется заявленный способ, содержит цилиндр 1, с расположенным в нем поршнем 2, связанным с кривошипным валом 3 при помощи, например, шатуна 4. Цилиндр 1 снабжен органами газораспределения, например, выпускными окнами 5 и продувочными окнами 6, по примеру их выполнения в традиционных двухтактных двигателях с кривошипно-камерной продувкой, снабженных кривошипной камерой 7. Продувочные окна 6 сообщены с кривошипной камерой при помощи продувочных каналов 8, а выпускные окна 5 сообщены с выпускным коллектором 9. В коллекторе 9 на заданном расстоянии установлен золотниковый орган 10 с возможностью изменения в заданный момент проходного сечения коллектора 9 путем его частичного или полного перекрытия. Золотниковый орган 10 установлен либо непосредственно на кривошипном валу 3, либо на ведомом валу 11, связанном с валом 3 при помощи механизма регулирования углового положения вала 11 относительно вала 3.
Золотниковый орган 10 может быть выполнен в виде плоского шибера или заслонки с противовесом 12, который под действием центробежной силы перемещает золотниковый орган 10 в радиальном направлении, в результате чего изменяется максимальное перекрываемое им сечение коллектора 9. При уменьшении центробежной силы золотниковый орган перемещается в противоположном радиальном направлении под действием пружины 13.
Механизм регулирования углового положения вала 11 при установке на него золотникового органа 10 содержит ведущую зубчатую шестерню 14, вращающуюся синхронно с валом 3. Ведомый вал 11 снабжен шестерней 15, вращающейся с ним синхронно. С ведущей 14 и ведомой 15 шестернями зацеплена промежуточная шестерня 16, закрепленная на промежуточном валу 17 и передающая крутящий момент от вала 3 к ведомому валу 11. Промежуточный вал 17 установлен посредством подшипников 18 в водиле 19, которое установлено в подшипниках 20 соосно с валом 3. Водило 19 может поворачиваться на подшипниках 20 под воздействием органа управления 21. Поворот водила 19 изменяет угловое положение ведомого вала 11 относительно углового положения ведущего кривошипного вала 3.
Зубчатые шестерни 14, 15 и 16 в варианте выполнения, показанном на чертежах, выполнены коническими.
Заявленный способ реализуется следующим образом. Полный рабочий цикл, осуществляемый в каждом цилиндре, например, описываемого двухтактного двигателя состоит из процессов сгорания, расширения продуктов сгорания, их выпуска из цилиндра, продувки цилиндра свежим зарядом, наполнения цилиндра и сжатия в нем свежего заряда.
В конце расширения в цилиндре 1 продуктов сгорания поршнем 2 открываются выпускные окна 5, и происходит выпуск продуктов сгорания через окна 5 через выпускной коллектор 9 в атмосферу или в дополнительную расширительную машину (на чертежах не показана). После проведения свободного выпуска из цилиндра 1 поршнем 2 открываются продувочные окна 6, через которые осуществляется продувка цилиндра 1 свежим зарядом, перепускаемым из кривошипной камеры 7 через продувочные каналы 8, и наполнение цилиндра 1 свежим зарядом. Так как во время продувки выпускные окна 5 остаются открытыми, то часть свежего заряда эжектируется продуктами сгорания из цилиндра 1 в выпускной коллектор 9, а в начале такта сжатия свежий заряд выдавливается поршнем 2 в выпускной коллектор 9 через еще не закрытые окна 5.
Для уменьшения потерь заряда или возврата в цилиндр 1 перетекшего в выпускной коллектор 9 свежего заряда в определенный момент и на определенное время увеличивают давление в выпускном коллекторе перед движущимся в нем зарядом путем кратковременного перекрытия проходного сечения коллектора 9 золотниковым органом 10. В результате создается сопротивление движению заряда из цилиндра 1, при этом часть заряда может быть возвращена в цилиндр 1 через выпускные окна 5 перед их закрытием поршнем 2 в начале такта сжатия. Так как на различных режимах работы двигателя меняются параметры рабочего тела, то требуется изменение параметров газовой среды в районе золотникового органа в момент перекрытия им коллектора 9 в зависимости от режима работы двигателя. Параметры газовой среды в коллекторе 9, создающей противодавление в конце продувки цилиндра, могут регулироваться за счет изменения площади сечения коллектора 9, перекрываемой золотниковым органом 10. Так, например, на частичных или средних режимах работы двигателя сечение коллектора 9 может полностью перекрываться золотниковым органом 10 для увеличения степени повышения давления в коллекторе 9. На номинальном или максимальном режимах площадь перекрытия может уменьшаться за счет перемещения золотникового органа 10 в радиальном направлении под действием на него центробежной силы со стороны противовеса 12. Таким образом, на чертежах показан пример регулирования радиального положения золотникового органа 10 в зависимости от частоты вращения вала 3. Возможны и другие варианты выполнения, например, при регулировании в зависимости от нагрузки на валу двигателя. В показанном варианте при перестановке местами пружины 13 и противовеса 12 относительно оси вращения вала 3 возможно изменение зависимости степени перекрытия сечения коллектора 9. Так, площадь перекрываемого сечения коллектора 9 можно увеличивать с увеличением частоты вращения вала 3.
Кроме изменения перекрываемого сечения коллектора 9 возможно также регулирование момента начала изменения проходного его сечения в зависимости от изменения режима работы двигателя. Так, за счет поворота водила 19 возможно изменение углового положения ведомого вала 11, на котором установлен золотниковый орган 10, относительно углового положения вала 3, что позволяет выбрать наилучшие условия для наиболее полного возврата заряда в цилиндр 1. Кроме того, выбор момента перекрытия позволяет изменять степень рециркуляции отработавших газов на различных режимах, так как вместе со свежим зарядом возможен возврат в цилиндр 1 продуктов сгорания. Воздействие на орган управления 20, связанный с водилом 19, осуществляют в зависимости от нагрузки ДВС, частоты вращения его вала и/или других параметров.
Таким образом, при использовании заявленного изобретения достигается требуемое наполнение цилиндра свежим зарядом в широком диапазоне как нагрузок, так и скоростей вращения вала, что позволяет получить необходимую характеристику крутящего момента, а также расхода топлива.