СПОСОБ ТОРМОЖЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ
ENGINE BRAKING METHOD

Изобретение относится к способу и устройству для торможения двигателем, содержащему работающий преимущественно по принципу Дизеля двигатель, который включает в себя, по меньшей мере, один нагружаемый потоком отработавших газов (ОГ) турбонагнетатель с работающей на ОГ турбиной и компрессором наддувочного воздуха, которые расположены на общем валу, выпускной коллектор, направляющий поток ОГ от выпускных клапанов двигателя к турбонагнетателю, и расположенное между выпускными клапанами и турбонагнетателем устройство для дросселирования потока ОГ, а также байпасную линию для пропускания потока ОГ мимо устройства для его дросселирования, причем поток ОГ направляется по байпасной линии на колесо турбины и дросселируется, и, таким образом, выше по потоку дросселирующего устройства происходит возрастание давления в ОГ. Под термином «выше по потоку» следует понимать направление течения ОГ, встречное направлению их течения, когда они покидают двигатель через его выпускные клапаны и текут в направлении дросселирующего устройства или турбонагнетателя.
В качестве устройства торможения двигателем можно привести известное, например, из EP 0736672 B1 устройство в сочетании с защищенным в нем способом торможения двигателем. В этом способе торможение двигателем происходит таким образом, что поток ОГ дросселируется, в результате чего выше по потоку дросселирующего устройства происходит возрастание давления в ОГ, которые после промежуточного открывания выпускного клапана текут обратно в камеру сгорания и во время последующего такта сжатия при поддерживаемом частично открытым выпускном клапане обеспечивают торможение двигателем. При торможении двигателем в процесс промежуточного открывания выпускного клапана, происходящий при находящемся в положении дросселирования дросселирующем устройстве за счет вызванного возрастания давления ОГ, вмешивается управляющая техника, которая принудительно предотвращает закрывание склонного к этому после промежуточного открывания выпускного клапана за счет управляющего устройства, встроенного на удалении от распределительного вала в механизм срабатывания выпускного клапана, удерживаемого частично открытым самое большее до своего управляемого кулачками открывания.
В этом способе торможения двигателем расположенные в режиме торможения двигателем в выпускном тракте дроссельные заслонки находятся в положении дросселирования, в котором соответствующий выпускной тракт закрыт не полностью, так что часть скопившихся ОГ может пройти мимо дроссельной заслонки через остающуюся открытой со стороны края узкую щель. Эта «лазейка» для ОГ необходима для предотвращения перекрытия потока ОГ и перегрева двигателя.
Хотя этот известный способ торможения двигателем обеспечивает высокую тормозную мощность, в некоторых случаях применения возникает желание ее повышения в режиме торможения, чтобы сильнее разгрузить имеющиеся в автомобиле дополнительные тормозные системы, такие как ретардер и рабочий тормоз, или выполнить их меньших размеров. Для этого необходимы дополнительные меры, с помощью которых можно повысить давление наддувочного воздуха в режиме торможения двигателем, в результате чего возникают заметные более высокие встречные давления ОГ.
Для достижения такого повышения давления наддувочного воздуха с целью повышения тормозной мощности известны уже описанные устройства и способы. Из EP 1762716 известно, например, устройство управления потоком ОГ двигателя, причем между выпускными клапанами и турбонагнетателем расположена байпасная линия, которая направляет часть потока ОГ мимо дросселирующего устройства на колесо турбины турбонагнетателя. Таким образом, достаточное количество воздуха для подачи в двигатель можно создать тогда, когда турбонагнетатель даже при закрытой тормозной заслонке достигает высокой частоты вращения и, тем самым, соответствующего объема подачи.
Из EP 1801392 известно устройство для повышения тормозной мощности многоцилиндрового ДВС в режиме торможения двигателем, причем каждый выпускной тракт в режиме торможения двигателем полностью перекрывается запорной заслонкой, от перекрываемого участка выпускного тракта ответвляется байпасная линия, каждая байпасная линия сообщена с сопловым отверстием, выполненным в стенке работающей на ОГ турбины, оба сопловых отверстия проходят в перпендикулярной оси колеса турбины плоскости либо параллельно рядом друг с другом и через соответственно соседний с другим выход, либо под острым углом друг к другу и переходят друг в друга, а также, будучи направлены через общий выход по касательной на наружный участок колеса турбины, заканчиваются в камере турбины.
Описанные выше устройства и способы регулируют тормозную мощность двигателя за счет встречного давления ОГ, что в зависимости от положения заслонок дросселирующего устройства может привести к менее благоприятной характеристике срабатывания тормозной системы, и содержат сложные для отключения сопел включающие клапаны.
Задача изобретения состоит в создании способа и устройства для торможения двигателем, которые с небольшими затратами на детали и финансовыми издержками, а также с улучшением регулирования обеспечивали бы повышение тормозной мощности двигателя.
Для решения этой задачи предложена приведенная в п.1 формулы совокупность признаков. Предпочтительные варианты осуществления изобретения приведены в зависимых пунктах.
Согласно изобретению предложен способ торможения двигателем для многоцилиндрового двигателя, работающего преимущественно по принципу Дизеля. Двигатель содержит, по меньшей мере, один нагружаемый потоком ОГ работающий на ОГ турбонагнетатель с работающей на ОГ турбиной и компрессором наддувочного воздуха, расположенными на общем валу. При наличии нескольких работающий на ОГ турбонагнетателей предусмотрены преимущественно, по меньшей мере, одна ступень высокого и одна ступень низкого давлений. Кроме того, двигатель содержит выпускной коллектор, который направляет поток ОГ от выпускных клапанов двигателя к турбонагнетателю, по меньшей мере, одно расположенное между выпускными клапанами и турбонагнетателем устройство для дросселирования потока ОГ, и, по меньшей мере, одну байпасную линию для направления потока ОГ мимо устройства для его дросселирования, причем поток ОГ направляется, через, по меньшей мере, одну байпасную линию, по меньшей мере, на одно колесо работающей на ОГ турбины, поток ОГ дросселируется, и, таким образом, выше по потоку дросселирующего устройства происходит возрастание давления в ОГ.
В соответствии со способом далее происходит измерение встречного давления ОГ и давления наддувочного воздуха. На основе измерения встречного давления ОГ может осуществляться определение оптимального положения устройства для дросселирования потока ОГ для достижения заданной тормозной мощности. Другими словами, положение устройства для дросселирования потока ОГ может определяться для достижения заданного положения.
Затем происходит регулирование встречного давления ОГ и давления наддувочного воздуха за счет настройки устройства для дросселирования в соответствии с определением его оптимального положения или в соответствии с его выявленным положением.
В противоположность регулированию, основанному только на встречном давлении ОГ в качестве регулируемой величины, это позволяет достичь более высокого встречного давления ОГ по всему диапазону частот вращения двигателя. Созданное турбонагнетателем давление наддувочного воздуха оказывает существенное влияние на встречное давление ОГ. Поэтому включение давления наддувочного воздуха в процесс регулирования встречного давления ОГ обеспечивает его быстрое возрастание и, тем самым, повышение тормозной мощности двигателя.
Оптимальным положением дросселирующего устройства в первом диапазоне частот вращения двигателя является преимущественно закрытое положение, в котором поперечное сечение системы выпуска ОГ блокируется, а поток ОГ, по меньшей мере, по одной байпасной линии направляется мимо устройства для дросселирования. В качестве альтернативы оптимальным положением устройства для дросселирования потока ОГ (т.е. дросселирующего устройства) в первом диапазоне частот вращения двигателя также может быть закрытое положение, в котором, по меньшей мере, часть сечения системы выпуска ОГ открывается, а, по меньшей мере, часть потока ОГ, по меньшей мере, по одной байпасной линии направляется мимо дросселирующего устройства.
Согласно одному другому аспекту изобретения оптимальным положением дросселирующего устройства во втором диапазоне частот вращения двигателя является закрытое положение, в котором, по меньшей мере, часть сечения системы выпуска ОГ открывается, а часть потока ОГ, по меньшей мере, по одной байпасной линии направляется мимо дросселирующего устройства.
Байпасная линия имеет меньшее сечение, чем система выпуска ОГ, так что заданный ограниченный поток ОГ направляется на колесо турбины с высокой скоростью и, тем самым, с высоким импульсом. Этим достигается то, что, несмотря на относительно небольшое количество воздуха для привода, турбонагнетатель разгоняется до высокой частоты вращения и, тем самым, со стороны компрессора обеспечивает нужное количество воздуха, причем дросселирующее устройство находится преимущественно в закрытом положении, в котором сечение системы выпуска ОГ перекрыто или почти перекрыто дросселирующим устройством, а двигатель имеет низкую частоту вращения, преимущественно ниже 1400 об/мин. В частности, этим достигается то, что торможение двигателем наступает уже при низкой частоте вращения. Соответственно первым диапазоном частот вращения двигателя может быть диапазон частот вращения меньше или равный 1400 об/мин.
Во втором диапазоне частот вращения двигателя оптимальным положением дросселирующего устройства является преимущественно закрытое положение, в котором, по меньшей мере, часть сечения системы выпуска ОГ открывается, а часть потока ОГ, по меньшей мере, по одной байпасной линии направляется мимо дросселирующего устройства. При этом вторым диапазоном частот вращения двигателя является преимущественно диапазон частот вращения более 1400 об/мин до максимальной частоты вращения двигателя. Поэтому при средней и/или высокой частоте вращения двигателя встречное давление ОГ и давление наддувочного воздуха могут регулироваться преимущественно дросселирующим устройством.
Для достижения максимальной тормозной мощности при соответствующей частоте вращения двигателя преимущественно сначала регулируется максимальное давление наддувочного воздуха, а после достижения максимального для частоты вращения двигателя давления наддувочного воздуха происходит регулирование максимального встречного давления ОГ. В зависимости от частоты вращения двигателя можно, тем самым, по сравнению с традиционным регулированием открывать большее сечение канала дросселирующего устройства.
По меньшей мере, одно положение дросселирующего устройства соответствует определенному встречному давлению ОГ. Преимущественно определение правильного положения дросселирующего устройства осуществляется регулирующим устройством на основе сравнения текущего давления наддувочного воздуха с его номинальным давлением при текущем встречном давлении ОГ. Регулирующим устройством может быть, например, блок управления двигателя или автомобиля.
Со ссылкой на фиг.4 поясняется улучшенная характеристика срабатывания в режиме торможения двигателем. Если, например, 90% площади канала дросселирующего устройства закрыто, то встречное давление ОГ составляет около 65% максимально достигаемого значения. Если тормозную мощность двигателя следует уменьшить до нуля, то дросселирующее устройство должно быть открыто. Если же дросселирующее устройство продолжает открываться, то сначала происходит возрастание встречного давления ОГ за счет обусловленного повышенным расходом газа, более высокого давления наддувочного воздуха. Следовательно, сначала встречное давление ОГ возрастает, прежде чем сможет произойти его падение, что вызвало бы плохую характеристику срабатывания тормоза двигателя. Однако встречное давление ОГ около 65% господствует также при закрывании всего лишь 30% площади канала дросселирующего устройства. Поэтому в соответствии с предложенным способом происходит определение правильного положения дросселирующего устройства из сравнения текущего давления наддувочного воздуха с его номинальным давлением при текущем встречном давлении ОГ, благодаря чему достигается улучшенная характеристика срабатывания в режиме торможения двигателем.
Если текущее встречное давление ОГ ниже нужного, а давление наддувочного воздуха соответствует заданному значению, то дросселирующее устройство может продолжать закрываться. Со ссылкой на фиг.3 это значение может быть задано, например, за счет того, что давление наддувочного воздуха в процентах больше или равно встречному давлению ОГ в процентах. Если текущее встречное давление ОГ ниже нужного, а давление наддувочного воздуха ниже заданного значения, то дросселирующее устройство может продолжать открываться.
В диапазоне частот вращения двигателя от 0 до 1000 об/мин дросселирующее устройство приводится преимущественно в закрытое положение, в котором сечение системы выпуска ОГ и, по меньшей мере, одна байпасная линия блокируются. При этом, по меньшей мере, одна байпасная линия может быть закрыта путем поворота дросселирующего устройства.
Согласно одному другому аспекту регулирование встречного давления ОГ и давления наддувочного воздуха происходит за счет устройства для регулирования давления наддува дополнительно к регулированию дросселирующим устройством.
Согласно одному другому аспекту изобретения устройство для регулирования давления наддува образовано, по меньшей мере, одним перепускным клапаном, который обходит работающую на ОГ турбину.
Согласно изобретению далее предусмотрено устройство для торможения работающим преимущественно по принципу Дизеля двигателем, который включает в себя, по меньшей мере, один нагружаемый потоком ОГ работающий на ОГ турбонагнетатель с работающей на ОГ турбиной и компрессором наддувочного воздуха, расположенными на общем валу, выпускной коллектор, направляющий поток ОГ от выпускных клапанов двигателя к, по меньшей мере, одному турбонагнетателю, и расположенное между выпускными клапанами и турбонагнетателем устройство для дросселирования потока ОГ, а также, по меньшей мере, одну байпасную линию для пропускания потока ОГ мимо устройства для его дросселирования, причем поток ОГ направляется, по меньшей мере, по одной байпасной линии на колесо турбины и дросселируется, и, таким образом, выше по потоку дросселирующего устройства создается возрастание давления в ОГ, а также предусмотрены средства для измерения встречного давления ОГ и давления наддувочного воздуха.
Кроме того, предусмотрено управляющее устройство, которое на основе измерения встречного давления ОГ и давления наддувочного воздуха определяет положение дросселирующего устройства для достижения заданной тормозной мощности. Управляющее устройство осуществляет затем регулирование встречного давления ОГ и давления наддувочного воздуха за счет дросселирующего устройства в соответствии с его выявленным положением.
Дросселирующее устройство имеет преимущественно первое закрытое положение, в котором сечение системы выпуска ОГ блокировано, однако поток ОГ направляется, по меньшей мере, по одной байпасной линии мимо дросселирующего устройства, и второе закрытое положение, в котором блокированы сечение системы выпуска ОГ и, по меньшей мере, одна байпасная линия. За счет того, что байпасная линия закрывается дросселирующим устройством, отпадают используемые в традиционных дросселирующих устройствах сложные переключающие клапаны.
Согласно одному другому аспекту изобретения регулирование встречного давления ОГ и давления наддувочного воздуха происходит за счет устройства для регулирования давления наддува дополнительно к регулированию дросселирующим устройством.
Согласно одному другому аспекту изобретения устройство регулирования давления наддува образовано, по меньшей мере, одним перепускным клапаном, который обходит работающую на ОГ турбину.
В соответствии с другой идеей изобретения дополнительно или в качестве альтернативы предложенным устройству и способу торможения двигателем предусмотрены другой способ и другое устройство для осуществления способа торможения двигателем для работающего преимущественно по принципу Дизеля двигателя, который содержит на каждый цилиндр, по меньшей мере, один выпускной клапан, присоединенный к системе выпуска ОГ, в которую интегрировано дросселирующее устройство, приводимое в действие для торможения двигателем так, что поток ОГ дросселируется, и выше по потоку дросселирующего устройства происходит возрастание давления в ОГ, которые после промежуточного открывания выпускного клапана текут обратно в камеру сгорания и во время последующего такта сжатия при частично открытом выпускном клапане обеспечивают повышенную тормозную мощность двигателя, причем при торможении двигателем в процесс промежуточного открывания выпускного клапана, происходящий при находящемся в положении дросселирования дросселирующем устройстве за счет вызванного в ОГ возрастания давления, вмешивается управляющая техника так, что склонный к закрыванию после промежуточного открывания выпускной клапан за счет управляющего устройства, встроенного на удалении от распределительного вала в механизм срабатывания выпускного клапана, принудительно предотвращается от закрывания и затем удерживается частично открытым самое большее до своего управляемого кулачками открывания, причем двигатель содержит далее, по меньшей мере, один нагружаемый потоком ОГ турбонагнетатель с работающей на ОГ турбиной и компрессором наддувочного воздуха, расположенными на общем валу, выпускной коллектор, направляющий поток ОГ от выпускных клапанов двигателя к турбонагнетателю, и расположенное между выпускными клапанами и турбонагнетателем устройство для дросселирования потока ОГ, а также, по меньшей мере, одну байпасную линию для пропускания потока ОГ мимо устройства для его дросселирования, причем поток ОГ направляется, по меньшей мере, по одной байпасной линии, по меньшей мере, на одно колесо турбины и дросселируется, и, таким образом, выше по потоку дросселирующего устройства создается возрастание давления в ОГ, и производится измерение встречного давления ОГ и давления наддувочного воздуха, причем на основе измерения встречного давления ОГ и давления наддувочного воздуха определяется положение дросселирующего устройства для достижения заданной тормозной мощности, и происходит регулирование встречного давления ОГ и давления наддувочного воздуха дросселирующим устройством в соответствии с его выявленным положением.
Согласно одному другому аспекту изобретения в конце такта расширения, когда снова действует находящееся со стороны распределительного вала управление выпускным клапаном, удерживающая функция действовавшего до этого в качестве гидравлически запертого буфера управляющего устройства прекращается, а затем открыванием выпускного клапана вплоть до его полного хода, его удержанием и повторным закрыванием во время такта выпуска управляет соответствующий нормальный управляющий кулачок выпускного клапана через механизм срабатывания выпускного клапана с действующим тогда только в качестве механического буфера управляющим устройством.
Согласно одному другому аспекту изобретения управляющее устройство действует, будучи встроено в установленное со стороны головки цилиндра коромысло, и содержит управляющий поршень, который установлен в отверстии коромысла с небольшими утечками аксиально подвижно между двумя механически ограниченными за счет упоров конечными положениями, действует спереди на заднюю торцовую поверхность стержня выпускного клапана и нагружен с задней стороны пружиной сжатия, а также гидравлически, и ввинченную в резьбовой участок отверстия коромысла управляющую втулку, в открытую вперед к управляющему поршню напорную камеру которой встроены нагружающая управляющий поршень пружина сжатия и допускающий только ввод среды под давлением из подающего среду под давлением канала указанный обратный клапан с нагруженным пружиной сжатия запорным органом. Подающий канал снабжается средой под давлением через выполненный в коромысле питающий канал, причем от напорной камеры через управляющую втулку к ее верхнему концу ведет разгрузочный канал, выходное отверстие которого в процессе торможения в фазе задержания и удержания управляющего устройства с целью создания и поддержания давления среды под давлением в напорной камере и связанного с этим выдвигания и удержания управляющего поршня удерживается закрытым в выдвинутом, задерживающем положении выпускного клапана посредством упора, неподвижно расположенного на головке цилиндра.
Согласно одному другому аспекту изобретения в процессе торможения при обусловленном встречным давлением ОГ промежуточном открывании выпускного клапана управляющий поршень за счет действующих в напорной камере сил, следуя за стержнем выпускного клапана, выдвигается в свое выдвинутое конечное положение, в результате чего увеличивающаяся в объеме напорная камера заполняется средой под давлением, а управляющий поршень, тем самым, гидравлически блокируется в задерживающем положении выпускного клапана и в этом положении задерживает своей торцовой поверхностью движущийся в закрытое положение выпускной клапан и удерживает его соответственно открытым.
Согласно одному другому аспекту изобретения возврат управляющего поршня из его задерживающего положения выпускного клапана во вдвинутое основное положение в конце фазы удержания происходит таким образом, что при происходящем со стороны распределительного вала с нормальным выпускным кулачком непосредственно или косвенно через толкатель срабатывании коромысла за счет его отвода от упора на головке цилиндра выходное отверстие выполненного в управляющей втулке разгрузочного канала открывается на ее верхнем конце, в результате чего находящаяся в напорной камере среда под давлением разгружается от давления и подтягивающимся, больше не блокированным коромыслом управляющим поршнем объемно разгружается до тех пор, пока он не займет своего полностью вдвинутого основного положения.
Согласно одному другому аспекту изобретения с использованием в ДВС с нижним расположением распределительного вала, от которого через толкатель и последующее коромысло срабатывает выпускной клапан, управляющее устройство действует в пространстве между толкателем и вводящим усилия органом коромысла в расположенной в или на головке цилиндра приемной втулке и содержит установленную в ней с возможностью коаксиального перемещения с малыми утечками опирающуюся снизу на верхний конец толкателя управляющую втулку, а также установленный в ее глухом отверстии с возможностью коаксиального перемещения с малыми утечками управляющий поршень, который опирается вверху на шарнирно соединенную с вводящим усилия органом коромысла передающую толкающее усилие деталь, а внизу нагружен действующей в направлении этой детали пружиной сжатия, которая установлена в находящейся под управляющим поршнем части глухого отверстия и в ограниченной, таким образом, гидравлической напорной камере, снабжаемой средой под давлением, в частности моторным маслом, через выполненный в головке цилиндра, соответственно, опоре питающий канал, выполненный в приемной втулке питающий канал и сообщенный с ним, выполненный в управляющей втулке подающий канал, причем установленный в напорной камере обратный клапан своим подпружиненным запорным органом предотвращает обратное течение среды под давлением из напорной камеры в подающий канал.
Согласно одному другому аспекту изобретения в процессе торможения при обусловленном встречным давлением ОГ промежуточном открывании выпускного клапана управляющий поршень за счет действующих в напорной камере сил выдвигается, и при этом подтягивается коромысло, причем при выдвигании управляющего поршня после хода, согласованного с резким ходом выпускного клапана, выходное отверстие выполненного в управляющем поршне разгрузочного канала открывается за счет выхода из глухого отверстия управляющей втулки, через этот разгрузочный канал находящаяся в напорной камере среда под давлением разгружается от давления, причем в начале последующего движения закрывания выпускного клапана через соответственно подтягивающееся коромысло и передающую толкающее усилие деталь управляющий поршень снова перемещается в направлении своего невыдвинутого основного положения до тех пор, пока выходное отверстие разгрузочного канала снова не будет закрыто стенкой глухого отверстия, в результате чего напорная камера снова запирается, с тем чтобы управляющее устройство было гидравлически блокировано, а выпускной клапан оставался задержанным в соответствующем, частично открытом положении.
Согласно одному другому аспекту изобретения устранение гидравлического блокирования управляющего поршня в управляющей втулке и его возврат из задерживающего положения выпускного клапана в невыдвинутое основное положение происходит тогда, когда при происходящем со стороны распределительного вала с нормальным выпускным кулачком срабатывании толкателя и связанном с этим ходе управляющей втулки после ее определенного хода, согласованного с ходом максимального открывания выпускного клапана, за счет ее выхода из приемного отверстия приемной втулки открывается выходное сечение отходящего поперек от напорной камеры разгрузочного отверстия, находящаяся в напорной камере среда под давлением разгружается от давления и за счет подтягивающегося управляющего поршня объемно разгружается до тех пор, пока он не займет своего полностью вдвинутого исходного положения, которое возникает при опирании передающей толкающее усилие детали на торцовую сторону управляющей втулки.
Согласно одному другому аспекту изобретения выпускной клапан после вызванного встречным давлением ОГ промежуточного открывания удерживается в задержанном положении, расстояние которого до закрытого положения составляет 1/5-1/20 полного, управляемого распределительным валом хода открывания выпускного клапана.
Согласно одному другому аспекту изобретения управляющее устройство используется также в виде гидравлического органа компенсации клапанного зазора, причем возникающий в механизме срабатывания клапана зазор компенсируется за счет соответствующего дозаполнения среды под давлением в напорную камеру с соответствующим подтягиванием управляющего поршня в направлении нагружаемого органа.
Разумеется, раскрытые признаки изобретения могут произвольно комбинироваться между собой для достижения других преимуществ и вариантов.
Другие свойства и преимущества изобретения приведены в нижеследующем описании вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи. Описанные варианты следует понимать лишь как пример и никоим образом не ограничивающие изобретение.
На чертежах изображено:
- фиг.1: блок-схема примера предложенного способа торможения двигателем;
- фиг.2: пример тракта выпуска ОГ предложенного устройства для торможения двигателем;
- фиг.3: функциональная схема устройства для дросселирования потока ОГ;
- фиг.4: диаграмма характеристик давления наддувочного воздуха и встречного давления ОГ по отношению к положению устройства для дросселирования потока ОГ;
- фиг.5: диаграмма, из которой следует характеристика хода выпускного клапана в режиме торможения при применении способа торможения в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения;
- фиг.6: диаграмма, из которой следует характеристика хода выпускного клапана в способе торможения, известном из DE 3922884 C2;
- фиг.7А-7D: фрагмент механизма срабатывания выпускного клапана с другим вариантом управляющего устройства в рабочем положении в режиме торможения;
- фиг.8: функциональная схема устройства для дросселирования потока ОГ с устройством регулирования давления наддува.
На фиг.1 изображена блок-схема примера способа торможения двигателем. Со ссылкой на фиг.8 на этапе 310 сначала происходит измерение встречного давления ОГ и давления наддувочного воздуха. Измерение статического и/или динамического давления наддувочного воздуха происходит, например, посредством, по меньшей мере, одного датчика Р давления известной конструкции, который расположен в зоне между двигателем М или цилиндрами 101 и компрессором 105 наддувочного воздуха. Измерение статического и/или динамического давления ОГ происходит, например, посредством, по меньшей мере, одного датчика Р давления известной конструкции, который расположен в зоне между двигателем М или выпускными клапанами 102 его цилиндров 101 и устройством 4 для дросселирования потока ОГ и/или в зоне между устройством 4 и работающей на ОГ турбиной 106.
На этапе S20 определяется, является ли измеренное, т.е. текущее, встречное давление ОГ ниже нужного и соответствует ли давление наддувочного воздуха заданному значению. При положительном результате на этапе S30 происходит закрывание устройства 4 в заданное положение, причем даже при полном закрывании устройства 4 направляемый по байпасным линиям 5а, 5b мимо него поток ОГ, направляемый, по меньшей мере, на одно колесо турбины турбонагнетателя 106, создает давление наддувочного воздуха, поскольку турбина 106 механически соединена с компрессором 105 наддувочного воздуха.
При отрицательном результате на этапе S40 определяется, является ли измеренное, т.е. текущее, встречное давление ОГ ниже нужного, а давление наддувочного воздуха ниже заданного значения.
При положительном результате на этапе S50 происходит открывание устройства 4 в заданное положение, если частота вращения двигателя М лежит во втором диапазоне, который больше или равен, например, 1400 об/мин. Если частота вращения двигателя М лежит в первом диапазоне, который, например, меньше 1400 об/мин, то устройство 4 блокируется в первом закрытом положении, в котором перекрывается сечение системы выпуска ОГ, а поток ОГ направляется по байпасным линиям 5а, 5b мимо устройства 4. Устройство 4 открывается только тогда, когда частота вращения двигателя М превышает первый диапазон.
На этапах S30, S50 происходит, тем самым, регулирование встречного давления ОГ и давления наддувочного воздуха за счет использования байпасных линий 5, направляющих поток ОГ мимо устройства 4, и/или за счет настройки устройства 4 в соответствии с определением его оптимального положения.
Дополнительно к измерению встречного давления ОГ и давления наддувочного воздуха можно непосредственно с помощью датчиков известной конструкции измерить также положение устройства 4. Это позволило бы дополнительно улучшить процесс регулирования и эффективнее настроить заданные положения устройства 4. На фиг.2 изображен пример тракта 1 выпуска ОГ предложенного устройства для торможения двигателем. Тракт 1 состоит из первого 1а и второго 1b сборников ОГ и содержит на своей торцовой стороне фланец 3 для закрепления на турбонагнетателе 106 (фиг.8).
Сборник 1а содержит первую байпасную линию 5а, которая снабжается через короткое ответвление от него. Сборник 1а имеет также выемку 7а для размещения устройства 4. Сборник 1b содержит вторую байпасную линию 5b, которая снабжается через короткое ответвление от него. Сборник 1b также имеет выемку 7b для размещения устройства 4.
Байпасные линии 5а, 5b впадают в общую байпасную линию 5c, которая сообщена с сопловым отверстием 6 турбонагнетателя 106 (фиг.8).
На фиг.3 изображена функциональная схема устройства 4 в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения. Тракт 1 выпуска ОГ работающего преимущественно по принципу Дизеля двигателя М закреплен на корпусе 2 колеса турбины турбонагнетателя 106 (см. также фиг.8). Здесь показано, в частности, сечение сборника 1b из фиг.2. Проходящий по тракту 1 поток ОГ нагружает колесо (не показано) турбины 106 турбонагнетателя. Каждый из сборников 1а, 1b содержит устройство 4, расположенное между двигателем М и колесом турбины турбонагнетателя. Согласно изобретению от каждого сборника 1а, 1b ответвляется байпасная линия 5а, 5b, с которой сообщено сопловое отверстие 6 в корпусе 2 колеса турбины (фиг.8).
Устройство 4 образовано одной или двумя поворотными заслонками и выполнено в выемке 7а, 7b соответствующего сборника 1а, 1b (фиг.2). В качестве альтернативы устройство 4 вместо, по меньшей мере, одной поворотной заслонки может быть выполнено также в виде, по меньшей мере, одного тарельчатого клапана, по меньшей мере, одной задвижки, по меньшей мере, одной вращающейся задвижки и т.п.
0
1
2
Устройство 4 может плавно перемещаться между одним открытым и двумя закрытыми положениями. В открытом положении S устройство 4 открывает полное сечение соответствующего сборника 7a, 7b. В первом закрытом положении S устройство 4 перекрывает полное сечение соответствующего сборника 1a, 1b, однако байпасная линия 5а, 5b открыта. Если устройство 4 закрывается во второе закрытое положение S, то оно перекрывает соответствующий сборник 1а, 1b и байпасную линию 5а, 5b.
0
1
При частично открытом устройстве 4, т.е. в положении заслонки между открытым S и первым закрытым S положениями, поток ОГ поступает в расположенную над устройством 4 байпасную линию 5а, 5b, которая направляет его по общей байпасной линии 5с на колесо турбины через выполненное в его корпусе 2 сопловое отверстие 6. Сечение байпасной линии 5а, 5b существенно меньше сечения сборника 1a, 1b, так что при частично открытом устройстве 4 по байпасной линии 5а, 5b направляется относительно небольшая часть потока ОГ.
1
Когда устройство 4 находится в первом закрытом положении S, байпасная линия 5а, 5b представляет собой единственный путь течения ОГ к колесу турбины. За счет небольшого сечения байпасной линии 5а, 5b или общей байпасной линии 5с возникает высокое встречное давление, так что к колесу турбины поступает лишь соответственно небольшая часть потока ОГ, однако с высокой скоростью течения и, тем самым, с высоким импульсом. Это предотвращает падение частоты вращения колес турбины и компрессора, в результате чего к двигателю М, несмотря на низкую частоту вращения, со стороны впуска продолжает подаваться сжатый воздух, что повышает эффективность торможения.
На фиг.4 изображена диаграмма характеристик давления наддувочного воздуха и встречного давления ОГ по отношению к положению устройства 4 при максимальной частоте вращения торможения, т.е. частоте вращения двигателя в режиме торможения.
Давление наддувочного воздуха начинается при полностью закрытом устройстве 4 в режиме торможения на уровне около 30% от максимального значения. При полностью закрытом устройстве 4 давление наддувочного воздуха возникает из направляемого по байпасным линиям 5a, 5b, 5c мимо устройства 4 потока ОГ, который направляется на колесо турбины турбонагнетателя и, тем самым, создает давление наддувочного воздуха. Его уровень в 30% соответствует поэтому давлению наддувочного воздуха, максимально создаваемому за счет байпасных линий 5а, 5b. Встречное давление ОГ начинается примерно при 50% от максимального значения при полностью закрытом устройстве 4, что соответствует создаваемому двигателем встречному давлению ОГ в сочетании с созданной на основе давления наддувочного воздуха частью встречного давления ОГ. При дальнейшем открывании устройства 4 давление наддувочного воздуха снова падает вследствие уменьшения расхода газа, пока оно при полностью открытом устройстве 4 не вернется на очень низкий уровень. Встречное давление ОГ возрастает приблизительно параллельно с давлением наддувочного воздуха и достигает своего максимума в немного дальше закрытом положении устройства 4, чем давление наддувочного воздуха, а затем также падает до очень низкого уровня при полностью открытом устройстве 4.
Для определенного нужного встречного давления ОГ при частичной тормозной нагрузке существуют в большинстве случаев два соответствующих возможных положения устройства 4. При этом более оптимальным всегда является положение с более высоким давлением наддувочного воздуха. Регулятор определяет правильное положение устройства 4 из сравнения текущего давления наддува с номинальным давлением наддува из характерического поля и всегда регулирует в направлении положения устройства 4 для встречного давления ОГ с более высоким давлением наддувочного воздуха.
На фиг.7А-7D одинаковые или соответствующие друг другу детали обозначены одинаковыми ссылочными позициями.
Из 4-тактного поршневого ДВС на фиг.7A-7D видны только стержень выпускного клапана 10 и соответствующий механизм его срабатывания, насколько он необходим для понимания изобретения.
В принципе, этот двигатель содержит на каждый цилиндр, по меньшей мере, один присоединенный к выпускной системе выпускной клапан. Управление выпускными клапанами осуществляется обычным распределительным валом для газообменных процессов через соответствующие механизмы срабатывания. В сочетании с выпускным клапаном сюда входит также установленное в головке 20 цилиндра коромысло 30, которое в зависимости от вида расположения распределительного вала на двигателе приводится в действие либо непосредственно распределительным валом, либо косвенно толкателем 40. Проходящий в головке 20 цилиндра своим стержнем выпускной клапан 10 постоянно нагружен в закрытое положение закрывающей пружиной (не показана). В выпускную систему встроено дросселирующее устройство, например дроссельная заслонка, приводимое в действие посредством соответствующего управляющего устройства таким образом, что поток ОГ дросселируется, и выше по потоку дросселирующего устройства происходит возрастание давления в ОГ. Возникающие при выдвигании соседних цилиндров волны давления накладываются на установившееся встречное давление и вследствие положительной разности давлений вызывают промежуточное открывание выпускного клапана 10 (фаза А1 на диаграмме фиг.5). В этот происходящий независимо от управления распределительным валом процесс промежуточного открывания выпускного клапана в режиме торможения вмешивается управляющая техника, которая посредством управляющего устройства 50, встроенного на удалении от распределительного вала в механизм срабатывания выпускного клапана, принудительно задерживает выпускной клапан 10, который после промежуточного открывания снова стремится закрыться под действием своей закрывающей пружины, а затем посредством управляющего устройства 50 выпускной клапан 10 удерживается в течение всего такта сжатия, а также такта расширения в частично открытом задержанном положении (фаза А2 на диаграмме фиг.5).
Управляющее устройство 50 может быть реализовано по-разному и может быть установлено в разных местах механизма срабатывания выпускного клапана. Примеры этого изображены на фиг.7A-7D.
В этих примерах управляющее устройство 50 установлено в коромысле 30 и состоит из двух главных органов, а именно управляющего поршня 60 и управляющей втулки 70. Управляющий поршень 60 установлен с малыми утечками в отверстии 80 коромысла с возможностью осевого перемещения между двумя ограниченными за счет упоров 90, 100 конечными положениями, воздействует спереди через криволинейную торцовую поверхность 110 на заднюю торцовую поверхность 120 стержня выпускного клапана, а с задней стороны нагружен пружиной 130 сжатия и гидравлическим давлением.
Управляющая втулка 70 ввинчена в резьбовой участок того же отверстия 80 коромысла 30 над управляющим поршнем 60 и образует своей передней торцовой поверхностью задний упор 90, который определяет вдвинутое основное положение управляющего поршня 60. Его выдвинутое конечное положение ограничено передним упором 100, образованным задним краем окружного паза управляющего поршня 60, в который входит закрепленный на коромысле 30 ограничитель 140 хода.
Управляющая втулка 70 имеет открытую вперед к управляющему поршню 60 напорную камеру 150, в которую встроены нагружающая управляющий поршень 60 пружина 130 сжатия и допускающий только ввод среды под давлением из подающего канала 160 обратный клапан с его нагруженным пружиной сжатия запорным органом 170. Подающий среду под давлением канал 160, состоящий из поперечного отверстия и отходящего от него, впадающего по центру в напорную камеру 150 отверстия, снабжается указанной средой определенного давления, здесь смазочным маслом, через питающий канал 18 в коромысле 30 от его опорной зоны 190. Кроме того, от напорной камеры 150 через управляющую втулку 70 и неподвижно установленную в ней вставку 190 ведет разгрузочный канал 200, выходное отверстие которого со стороны вставки в режиме торможения удерживается закрытым в фазе задержания и удержания (А2) управляющего устройства 50 с целью создания и поддержания давления среды под давлением в напорной камере 150 и связанного с этим выдвигания и удержания управляющего поршня 60 в выдвинутом, задерживающем положении выпускного клапана за счет неподвижно расположенного на крышке 210 цилиндра упора 220.
Ниже с помощью фиг.7А-7D подробно описан полный цикл торможения двигателем.
На фиг.7А выпускной клапан 10 изображен в начале такта всасывания в закрытом положении А (см. диаграмму на фиг.5). Управляющее устройство 50 действует в этой фазе внутри коромысла 30 в качестве механического буфера, причем управляющий поршень 60 прижат снизу выпускным клапаном 10 во вдвинутое положение, а управляющая втулка 70 своей вставкой 190 опирается на упор 220. Возможный клапанный зазор перекрыт за счет частичного выдвигания управляющего поршня 60.
На фиг.7В изображены условия в момент, когда выпускной клапан 10 во время торможения при обусловленном встречным давлением ОГ промежуточном открывании достигает своего максимального хода В в фазе А1 (см. диаграмму на фиг.5). При этом промежуточном открывании выпускного клапана 10 он отходит от управляющего поршня 60, который посредством пружины сжатия 130 выдвигается в свое положение задержания. Поскольку управляющий поршень 60 движется от управляющей втулки 70, это выдвигание связано с увеличением напорной камеры 150 и ее заполнением средой под давлением по подающему каналу 160, причем после полного заполнения напорной камеры 150 управляющий поршень 60 гидравлически блокирован в своем выдвинутом положении задержания, заданном за счет упора 100, во-первых, из-за закрытого обратного клапана 170, а во-вторых, из-за перекрытого выходного отверстия разгрузочного канала 200. Это состояние показано на фиг.7В. Здесь, кроме того, видно, что выпускной клапан 10 при промежуточном открывании опережает этот ход управляющего поршня с большим ходом А-В.
При переходе от фазы А1 к фазе А2 выпускной клапан 10 снова движется в направлении закрывания, однако уже после короткого пути В-С задерживается гидравлически блокированным управляющим устройством 50. На фиг.7С при таких же условиях, что и на фиг.7В, показано это положение задержания С, которое сохраняется в течение всего оставшегося такта сжатия и последующего такта расширения.
Только после того, как в конце такта расширения снова будет действовать управление выпускным клапаном 10 посредством соответствующего выпускного кулачка, произойдет устранение этой гидравлической блокировки управляющего устройства 50, поскольку управляющая втулка 70 со своей вставкой 190 отойдет от упора 220, как только коромысло 30 будет двигаться в направлении открывания выпускного клапана. За счет этого разгрузочный канал 200 открывается, и среда под давлением может вытекать из напорной камеры 150 больше не блокированного управляющего устройства 50, а именно под действием управляющего поршня 60, прижатого выпускным клапаном 10 в направлении его вдвинутого основного положения.
Как только управляющий поршень 60 будет снова вдвинут, управляющее устройство 50 будет действовать снова только в качестве механического буфера на коромысле 30, посредством которого затем в фазе A3 (см. диаграмму на фиг.5) на такте выпуска при торможении происходят открывание выпускного клапана 10 вплоть до его полного хода D (фиг.7D), удержание и повторное закрывание с управлением посредством соответствующего выпускного управляющего кулачка распределительного вала.
В конце такта выпуска коромысло 30 посредством управляющего устройства 50 снова занимает положение на фиг.7А, из которого происходит следующий цикл торможения.
На фиг.8 изображена функциональная схема примера устройства для торможения многоцилиндровым ДВС М, включающего в себя дросселирующее устройство 4 и дополнительное устройство 107 для регулирования давления наддува.
Двигатель М работает преимущественно по принципу Дизеля и включает в себя шесть цилиндров 101. Каждый из них содержит, по меньшей мере, один выпускной клапан 102. Двигатель М содержит также турбонагнетатель, включающий в себя компрессор 105 наддувочного воздуха и работающую на ОГ турбину 106. Турбонагнетатель может быть выполнен одно- или многоступенчатым.
Компрессор 105 через систему каналов связан с воздуховпускной зоной двигателя М или его цилиндрами 101. Компрессор 105 приводится в действие турбиной 106 через механическое соединение, преимущественно вал. Между воздуховпускной зоной или цилиндрами 101 двигателя М находится, по меньшей мере, один датчик Р давления известной конструкции, который определяет или измеряет статическое и/или динамическое давление всасываемого компрессором 105, а затем сжимаемого воздуха. Перед компрессором 105 может быть дополнительно расположен воздушный фильтр (не показан) для очистки воздуха от соответствующих частиц определенного рода и размера.
На своей выпускной стороне двигатель М содержит, по меньшей мере, один выпускной коллектор 103, соединенный, по меньшей мере, с одним выпускным клапаном 102 каждого цилиндра 101. Кроме того, выпускной коллектор 103 соединен с турбиной 106 турбонагнетателя. Между двигателем М или выпускным коллектором 103 и турбиной 106 устройство для торможения двигателем содержит устройство 4 для дросселирования потока ОГ. Оно включает в себя, например, дроссельные заслонки 4, которые за счет своего положения в корпусе дросселирующего устройства могут влиять на проходное сечение потока ОГ и, тем самым, на встречное давление ОГ. Кроме того, устройство для торможения двигателем включает в себя, по меньшей мере, одну байпасную линию 5a, 5b, которая может направлять поток ОГ по общей байпасной линии 5c мимо устройства 4. Общая байпасная линия 5с соединена с турбиной 106 или с корпусом 2 ее колеса через сопловое отверстие 6 в корпусе 2, так что, в частности, при закрытом устройстве 4 уменьшенный поток ОГ может приводить в действие турбину 106 и, тем самым, компрессор 105.
Управление выполненным, например, в виде дроссельных заслонок 4 устройством 4 в отношении его положения осуществляется преимущественно исполнительным или управляющим устройством SM 104, причем дроссельные заслонки 4 механически соединены между собой. Между устройством 4 и двигателем М или выпускными клапанами 102 цилиндров 101 может находиться, по меньшей мере, один датчик Р давления известной конструкции, который определяет или измеряет статическое и/или динамическое давление ОГ. Дополнительно или в качестве альтернативы этому вниз по потоку за устройством 4 может находиться, по меньшей мере, еще один датчик Р давления.
Как уже сказано, предложенное устройство содержит также, по меньшей мере, одно дополнительное устройство 107 для регулирования давления наддува. Оно включает в себя, по меньшей мере, одну байпасную линию, которая идет в обход турбины 106. По меньшей мере, одна байпасная линия содержит далее, по меньшей мере, один перепускной или байпасный клапан. При открытом байпасном клапане ОГ, по меньшей мере, по одной байпасной линии могут ответвляться перед турбиной 106 и течь мимо нее, например в систему очистки и/или в глушитель. Управление, по меньшей мере, одним перепускным или байпасным клапаном в отношении его воздействия на ОГ или его давление осуществляется исполнительным или управляющим устройством SM 104.
Если требуется неполная тормозная мощность, то устройство 107 используется дополнительно или в качестве альтернативы регулированию посредством устройства 4, поскольку это позволяет быстрее и точнее настроить давление наддува и, тем самым, тормозную мощность. Компрессор 105 создает заданное давление наддува в цилиндре 101 двигателя М, причем поток ОГ посредством, по меньшей мере, одного выпускного клапана 102 каждого цилиндра 101 подается по выпускному коллектору 103 к устройству 4.
При определенной частоте вращения двигателя в каждом положении устройства 4 всегда устанавливается определенное давление наддува. Как уже сказано, байпасные или подающие линии устройства 107 расположены в выпускном канале между устройством 4 и после выхода турбины 106. Устройство 107 направляет заданное количество потока ОГ мимо турбины 106, причем направляемый мимо турбины 106 поток ОГ после нее снова впадает в выпускной канал.
Управление устройствами 107 и 4 осуществляется управляющим устройством 104. Если должно регулироваться давление наддува, которое ниже максимального, то устройство 107 открывается настолько, что устанавливается нужное давление наддува. Для достижения максимальной тормозной мощности перепускной или байпасный клапан закрывается, и происходит регулирование до максимального давления наддува.
В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения регулирование встречного давления ОГ и давления наддувочного воздуха может осуществляться дополнительно к регулированию устройством 4 посредством устройства 107. Оно образовано преимущественно перепускным клапаном.
Изобретение подробно пояснялось на примерах без его ограничения конкретными вариантами осуществления.