УЗЕЛ АКСЕЛЕРАТОРА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ТУРБОНАДДУВОМ
ACCELERATOR ASSEMBLY OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH TURBO-SUPERCHARGE

Настоящее изобретение касается наземного транспорта, а именно систем управления мощностью двигателей внутреннего сгорания, оснащенных турбокомпрессорами и применяемых на автомобилях, мотоциклах и квадроциклах.
Изобретение относится к рубрике G05G 5/03 МКИ.
Из уровня техники известны технические решения, аналогичные предлагаемому, как например,
Из уровня техники известен также двигатель внутреннего сгорания, оснащенный турбокомпрессором для увеличения мощности и крутящего момента. Основное преимущество двигателя с турбонаддувом - высокая удельная мощность, практически всегда превосходящая соответствующие показатели атмосферных двигателей, а основные недостатки - пониженная приемистость из-за потерь времени на раскрутку крыльчатки турбокомпрессора и неустойчивость системы управления мощностью двигателя по крутящему моменту, на техническом сленге часто называемыми также «турбоямой» и «турбоподхватом».
Субъективно водитель воспринимает пониженную приемистость двигателя как провал мощности во многом из-за того, что длина хода педали акселератора и возвращающее усилие на ней в бензиновых наддувных двигателях, как правило, выбирается исходя из соображения относительного соответствия величинам крутящего момента, развиваемого двигателем при раскрученной до номинальных оборотов крыльчатке турбокомпрессора. Поэтому, при низких оборотах крыльчатки турбокомпрессора, когда впускной тракт двигателя находится под разрежением или давление в нем близко к атмосферному, ход педали акселератора и возвращающее усилие на ней часто кажутся водителю избыточными, так как усилия, необходимые для «продавливания» тугой и часто длинноходной педали акселератора на начальном этапе разгона никак не соответствуют получаемому в результате этого ускорению автомобиля.
Данный недостаток становится особенно очевидным, если управляющий момент, необходимый для «страгивания» педали акселератора, существенно больше некоей пороговой величины. В этом случае водитель не может рефлекторно держать дистанцию до впереди идущего транспортного средства, что делает езду в движущемся с небольшой скоростью потоке крайне неудобной.
Графики зависимости возвращающего момента на типичной «перетяжеленной» и «нормальной» педали акселератора от ее положения изображены на Фиг. 1.
Кроме того, по мере увеличения возвращающего усилия на педали акселератора и ее хода также увеличивается время, затрачиваемое на перенос ноги с педали акселератора на педаль тормоза, так как водитель должен сначала расслабить мышцы голени, участвующие в преодолении усилия тугой возвратной пружины педали акселератора, а потом поднять ногу с длинноходной педали, согнув ее в голеностопном суставе на значительный угол. Потери времени в данном случае составляют от 0,1 до 0,3 сек, что при скорости 120 км/ч удлиняет остановочный путь автомобиля на 4-12 м.
При этом, при использовании пассивного загружателя педали акселератора, роль которого выполняет возвратная пружина, снижение загружающего усилия и укорочение хода педали акселератора турбомотора до уровня атмосферного двигателя того же рабочего объема крайне нежелательно, поскольку обостряет проблему неустойчивости системы управления мощностью по крутящему моменту, заключающуюся в экспоненциальном росте мощности из-за одновременного роста оборотов и крутящего момента двигателя при одном и том же положении педали акселератора и возвращающем усилии на ней. Графически данная проблема изображена на Фиг. 2.
Из уровня техники известна также «Активная педаль акселератора транспортного средства», описание которой приводится в заявке на патент США №20160368376 А1, дата подачи 16.06.2015, которая по совокупности своих конструктивных признаков наиболее близка к предложенному изобретению. Данное устройство установлено на транспортном средстве, содержащем силовую установку с двигателем внутреннего сгорания с впускным трактом и, по меньшей мере, одной дроссельной заслонкой, при этом силовая установка транспортного средства может работать, как минимум, в двух режимах, и включает в себя актуатор обратной связи, а также орган управления тягой и, по меньшей мере, одну возвратную пружину, при этом орган управления тягой установлен с возможностью вращательного или колебательного движения, регулирования мощности силовой установки, а также автоматического возврата в положение, соответствующее минимальной мощности силовой установки под действием момента силы, создаваемого, по меньшей мере, одной возвратной пружиной, актуатор обратной связи конструктивно связан с, по меньшей мере, одной дроссельной заслонкой и кинематически связан с органом управления тягой с возможностью передачи водителю кинестетической информации об изменении режима работы силовой установки за счет изменения реактивного момента на органе управления тягой.
Кроме того, известный узел акселератора с обратной связью установлен на автомобиле с гибридной силовой установкой, включающей в себя двигатель внутреннего сгорания и электромашину переменного тока и содержит электронный блок управления, конструктивное исполнение которого обеспечивает создание на педали акселератора при помощи актуатора обратной связи «точек давления», информирующих водителя о переходе автомобиля на тот или иной режим работы гибридной силовой установки.
Преимуществом данного технического решения является улучшение ситуационной осведомленности водителя о режиме работы силовой установки, что упрощает планирование тех или иных маневров и способствует повышению безопасности движения.
Недостатком данного технического решения является его конструктивная сложность и промышленная применимость, ограниченная автомобилями с гибридной силовой установкой.
Таким образом, основной задачей, на решение которой было направлено предложенное изобретение, было повышение удобства управления разгонной динамикой энерговооруженных транспортных средств, оснащенных двигателями с турбокомпрессорами за счет обеспечения соответствия развиваемого двигателем крутящего момента и величины реактивного момента на органе управления тягой.
Дополнительной задачей было улучшение субъективного восприятия разгонной динамики транспортного средства в атмосферном режиме работы двигателя с целью частичного нивелирования эффекта «турбоямы».
Дополнительной задачей также было исключение неконтролируемого ускорения транспортного средства при переходе двигателя на наддувный режим работы - исключение эффекта «турбоподхвата».
Дополнительной задачей также была экономия мускульных усилий водителя. Цель изобретения - повышение безопасности и удобства управления мощными транспортными средствами.
Для достижения поставленной цели в известный узел акселератора, установленный на транспортном средстве, содержащем силовую установку с двигателем внутреннего сгорания с впускным трактом и, по меньшей мере, одной дроссельной заслонкой, при этом силовая установка транспортного средства может работать, как минимум, в двух режимах, и включающий в себя актуатор обратной связи, а также орган управления тягой и, по меньшей мере, одну возвратную пружину, при этом орган управления тягой установлен с возможностью вращательного или колебательного движения, регулирования мощности силовой установки, а также автоматического возврата в положение, соответствующее минимальной мощности силовой установки под действием момента силы, создаваемого, по меньшей мере, одной возвратной пружиной, актуатор обратной связи конструктивно связан с, по меньшей мере, одной дроссельной заслонкой и кинематически связан с органом управления тягой с возможностью передачи водителю кинестетической информации об изменении режима работы силовой установки за счет изменения реактивного момента на органе управления тягой, были включены следующие конструктивные признаки: узел акселератора установлен на транспортном средстве, силовая установка которого включает в себя, по меньшей мере, один турбокомпрессор с крыльчаткой, установленный с возможностью создания избыточного давления во впускном тракте двигателя внутреннего сгорания, при этом конструктивное исполнение актуатора обратной связи обеспечивает передачу водителю кинестетической информации о величине избыточного давления во впускном тракте посредством создания на органе управления тягой реактивного момента, соответствующего величине вышеупомянутого избыточного давления.
Кроме того, узел акселератора содержит средства регулировки поджатия возвратной пружины.
Кроме того, узел акселератора дополнительно содержит, по меньшей мере, один, датчик давления наддува, актуатор обратной связи включает в себя электронный блок управления, и моментный электродвигатель с, по меньшей мере, одним датчиком положения вала, при этом датчик давления наддува установлен во впускном тракте до или после дроссельной заслонки, моментный электродвигатель кинематически связан с органом управления тягой, а электронный блок управления конструктивно связан с моментным электродвигателем, датчиком положения вала и датчиком давления наддува с возможностью передачи на орган управления тягой реактивного момента, при этом конструктивное исполнение электронного блока управления обеспечивает изменение величины вышеупомянутого реактивного момента в соответствии с заданной функциональной зависимостью от величины давления наддува.
Кроме того, актуатор обратной связи дополнительно содержит понижающую передачу, установленную между моментным электродвигателем и органом управления тягой с возможностью увеличения реактивного момента, передаваемого на орган управления тягой.
Кроме того, актуатор обратной связи дополнительно содержит обгонную муфту, установленную между моментным электродвигателем и органом управления тягой с возможностью исключения передачи на орган управления тягой крутящего момента, противоположного по знаку моменту силы возвратной пружины.
Кроме того, узел акселератора содержит два датчика давления наддува, один из которых установлен между турбокомпрессором и дроссельной заслонкой, а другой между дроссельной заслонкой и двигателем, при этом конструктивное исполнение электронного блока управления обеспечивает усреднение показаний двух датчиков давления наддува и изменение реактивного момента на органе управления тягой в соответствии с по меньшей мере одной функциональной зависимостью вышеупомянутого реактивного момента от вышеупомянутого усредненного давления наддува.
Кроме того, узел акселератора дополнительно содержит регулятор-выключатель, при этом электронный блок управления конструктивно связан с регулятором-выключателем и выполнен с возможностью изменения функциональной зависимости реактивного момента от давления наддува либо полного отключения актуатора обратной связи.
Кроме того, актуатор обратной связи выполнен в виде пневмопривода, содержащего цилиндр и поршень, поршень установлен в цилиндре с возможностью перемещения и разделяет объем цилиндра на две полости, одна из которых сообщается с впускным трактом двигателя, а вторая - с атмосферой, при этом поршень пневмопривода конструктивно связан с органом управления тягой с возможностью передачи на орган управления тягой кинестетической информации о давлении наддува в виде вышеупомянутого реактивного момента, а конструктивная связь поршня и органа управления тягой выполнена с возможностью разобщения пневмопривода и органа управления тягой при наличии разрежения во впускном тракте.
Кроме того, узел акселератора дополнительно содержит основание, серьгу с пазом, штифт и эластичную манжету, орган управления тягой выполнен в виде педали акселератора, шарнирно установленной на основании, возвратная пружина установлена на основании и кинематически связана с педалью акселератора, цилиндр пневмопривода неподвижно установлен в основании, педаль акселератора кинематически связана с поршнем при помощи штифта и серьги с пазом, поршень выполнен с юбкой, эластичная манжета зафиксирована на цилиндре и юбке поршня, штифт установлен на педали акселератора и расположен в пазу серьги, при этом длина паза обеспечивает разобщение поршня и педали акселератора при одном из крайних положений поршня.
Кроме того, орган управления тягой выполнен в виде вращающейся рукоятки и кинематически связан с дроссельной заслонкой при помощи троса, пневмопривод узла акселератора дополнительно содержит рамку, шток, двухручейный шкив, кулачковую муфту и эластичную манжету, при этом рамка установлена на двигателе, двухручейный шкив установлен на рамке и кинематически связан с дроссельной заслонкой двигателя при помощи кулачковой муфты, шток выполнен с упором и кинематически связан с двухручейным шкивом при помощи троса, дно цилиндра и поршень выполнены с отверстиями, поршень выполнен с шейкой, при этом шейка поршня расположена в отверстии дна цилиндра, шток расположен в отверстии поршня с возможностью перемещения относительно поршня, эластичная манжета установлена на штоке и цилиндре, одна из полостей цилиндра сообщается со впускным трактом двигателя при помощи трубки, а поршень выполнен с возможностью взаимодействия с упором штока при наличии избыточного давления во впускном тракте и разобщения с упором штока при наличии разрежения во впускном тракте.
Кроме того, узел акселератора дополнительно содержит вторую возвратную пружину, ползун и гидропривод, при этом гидропривод содержит сообщающиеся между собой при помощи гидравлической магистрали главный и рабочий гидроцилиндры с плунжерами, орган управления тягой выполнен в виде педали акселератора, установленной на основании и кинематически связанной с плунжером рабочего гидроцилиндра при помощи ползуна, а пневмопривод установлен на впускном тракте после турбокомпрессора, при этом поршень пневмопривода кинематически связан с плунжером главного гидроцилиндра с возможностью разобщения поршня пневмопривода и педали акселератора при давлении во впускном тракте ниже порогового значения, а одна из возвратных пружин установлена между основанием и ползуном с возможностью возврата в исходное положение ползуна и педали акселератора, а вторая возвратная пружина установлена на пневмоприводе с возможностью взаимодействия с плунжером главного гидроцилиндра, а также удержания под давлением гидравлической магистрали.
Кроме того, пневмопривод дополнительно содержит крышку и выполнен в виде тройника, являющегося составной частью впускного тракта или установленного в разрыве впускного тракта при помощи эластичных патрубков, при этом цилиндр пневмопривода выполнен как часть одной из ветвей тройника и закрыт крышкой, а главный гидроцилиндр установлен в крышке тройника.
Кроме того, поршень пневмопривода содержит лабиринтное уплотнение и установлен в цилиндре с гарантированным зазором.
Кроме того, пневмопривод дополнительно содержит буфер, выполненный в виде буферной пружины или эластичной вставки и установленный в сообщающейся со впускным трактом полости цилиндра с возможностью амортизации торможения поршня при его разобщении с органом управления тягой.
Кроме того, пневмопривод дополнительно содержит компенсирующую пружину, установленную с возможностью удержания поршня в контакте с буфером и исключения передачи на орган управления тягой реактивного момента до достижения порогового избыточного давления во впускном тракте.
Таким образом, благодаря введенным в известную конструкцию узла акселератора с обратной связью новых конструктивных признаков, была решена задача упрощения управления разгонной динамикой энерговооруженных транспортных средств, оснащенных двигателями с турбонаддувом за счет обеспечения квазилинейной зависимости развиваемого двигателем крутящего момента и величины возвращающего усилия на педали акселератора при наличии избыточного давления во впускном коллекторе.
Одновременно была решена задача исключения неконтролируемого ускорения транспортного средства, одновременно с экономией мускульных усилий водителя при частичном использовании мощности силовой установки.
Также была решена задача информирования водителя о моменте перехода двигателя с атмосферного на наддувный режим работы.
Также была решена задача обеспечения простоты и надежности устройства, что позволяет оснащать им находящиеся в эксплуатации транспортные средства.
Узел акселератора с обратной связью, согласно изобретению, иллюстрируется чертежами, на которых обозначено:
Фиг. 1 - График зависимости возвращающего момента от положения педали акселератора в известном двигателе с турбонаддувом с узлом акселератора без обратной связи.
Фиг. 2 - График зависимостей от времени возвращающего момента на педали акселератора, а также мощности и крутящего момента двигателя с турбонаддувом после быстрого нажатия педали акселератора на 75% ее хода в известном узле акселератора (эффект «турбоподхвата»).
Фиг. 3 - График зависимости возвращающего момента от положения педали акселератора в предложенном узле акселератора.
Фиг. 4 - График зависимости от времени возвращающего момента на педали акселератора и крутящего момента двигателя с турбонаддувом после быстрого нажатия педали акселератора на 75% ее хода и приложения дополнительного управляющего момента в предложенном узле акселератора (прямое управление давлением наддува).
Фиг. 5 - График зависимости от времени возвращающего момента на педали акселератора и крутящего момента двигателя с турбонаддувом после быстрого нажатия педали акселератора на 75% ее хода и сохранении управляющего момента на исходном уровне в предложенном узле акселератора (предотвращение эффекта «турбоподхвата»).
Фиг. 6 - Возможные варианты зависимости величины реактивного момента от давления во впускном тракте двигателя в зависимости от положения регулятора-выключателя по П. 7 Формулы.
Фиг. 7 - Структурная схема системы управления мощностью двигателя с узлом акселератора по П. 3, 4, 5, 7 формулы.
Фиг. 8 - Структурная схема системы управления мощностью двигателя с узлом акселератора по П. 3, 4, 5, 6, 7 Формулы формулы.
На Фиг. 9 - Вид сзади актуатора обратной связи по П. 3 Формулы.
На Фиг. 10 - Разрез актуатора обратной связи по П. 9 Формулы.
На Фиг. 11 - Продольный разрез актуатора обратной связи по П. 10 Формулы при наличии разрежения во впускном тракте (разобщение поршня и органа управления тягой).
На Фиг. 12 - Продольный разрез впускного тракта двигателя и актуатора обратной связи по П. 10 Формулы.
На Фиг. 13 - Продольный разрез составной части актуатора обратной связи по П. 11 и 12 Формулы.
На Фиг. 14 - Продольный разрез составной части актуатора обратной связи по П. 11 и 12 Формулы.
Узел акселератора по П. 3, 4, 5 Формулы, рассматривается применительно к установке на автомобиле, содержащем двигатель (1) с впускным трактом (2), дроссельной заслонкой (3), турбокомпрессором (4) с крыльчаткой (5), и включает в себя датчик давления наддува (6), установленный во впускном тракте (2) между турбокомпрессором (4) и дроссельной заслонкой (3) электронный блок управления (7), а также актуатор обратной связи, реализованный в виде мотор-редуктора, состоящего из с моментного электродвигателя (8) и понижающей передачи (9), кинематически связанных с между собой через обгонную муфту (10), при этом понижающая передача (9) кинематически связана с педалью акселератора (11), установленной на основании  (12) и подпружиненной возвратной пружиной (13). Актуатор обратной связи является составной частью модуля педали акселератора, а электронный блок управления (7) установлен отдельно и конструктивно связан с датчиком давления (6) и моментным электродвигателем (8) при помощи электрических цепей.
Конструктивная связь дроссельной заслонки (3) двигателя (1) с педалью акселератора (11), обеспечивающая регулирование мощности двигателя (1) в данном варианте реализации изобретения включает в себя датчик положения (14), контроллер (15) электропривод (16), при этом электропривод (16) кинематически связан с дроссельной заслонкой (3), датчик положения (14) кинематически связан с педалью акселератора (11), а контроллер (15) конструктивно связан с двигателем (1), электроприводом (16) и датчиком положения (14). Данный вариант конструктивного исполнения узла акселератора изображен на Фиг. 7 и 9.
Кроме того, при исполнении узла акселератора по П. 6 Формулы, возможно его оснащение двумя датчиками давления (5) установленными во впускном тракте (2) с обеих сторон от дроссельной заслонки (3), как это показано на Фиг. 8.
Узел акселератора с обратной связью, реализованный по П. 10 Формулы, отличается тем, что актуатор обратной связи реализован в виде пневмопривода и содержит рамку (17), на которой установлены двухручейный шкив (18), цилиндр (19). В цилиндре (19) установлен поршень (20) с шейкой (21) и отверстием (22), а также шток (23) с упором (24) и регулируемая опора (25), возвратная пружина (13) выполнена с возможностью работы на растяжение и входит в зацепление с регулируемой опорой (25) и штоком (23). Цилиндр (19) сообщается с впускным трактом (2) при помощи трубки (26). Шток (20) входит в отверстие (22) поршня (20), а эластичная манжета (27) надета на шток (23) и цилиндр (19). Двухручейный шкив (17) связан с органом управления тягой, реализованным в виде вращающейся рукоятки (28) и штоком (23) при помощи тросов (29), а также кинематически связан с дроссельной заслонкой (3) при помощи кулачковой муфты (30).
Данный вариант реализации предложенного изобретения адаптирован для применения на мощных мотоциклах, отличается малой массой актуатора и его удобным монтажом на двигателе (1) и изображен на Фиг. 11 и 12.
Узел акселератора с обратной связью по П. 9 Формулы отличается тем, педаль акселератора выполнена со штифтом (31), что цилиндр (19) установлен в салоне автомобиля и выполнен в виде отверстия в основании (12) педали акселератора (11). Поршень (20) установлен в цилиндре (19) и кинематически связан с педалью акселератора (11) при помощи серьги (32) с пазом (33), в который входит штифт (31). Кроме того, серьга (32) связана с поршнем (20) при помощи пальца (34), цилиндр (19) сообщается со впускным коллектором (2) при помощи трубки (26), стык цилиндра (19) и поршня (20) уплотнен при помощи эластичной манжеты (27), а возвратная пружина (13) установлена на регулируемой опоре (25). Данный вариант конструктивного исполнения узла акселератора изображен на Фиг. 10.
Кроме того, при выполнении актуатора обратной связи в виде пневмопривода по П. 11 и 12 Формулы, устройство содержит тройник (35) с крышкой (36), установленный в разрыве впускного тракта (2) при помощи эластичных патрубков (37), при этом цилиндр (19) выполнен как часть тройника (35). пневмопривод содержит также главный гидроцилиндр (38) с плунжером (39), плунжер (39) главного гидроцилиндра (38) установлен с возможностью взаимодействия с поршнем  (20) пневмопривода и подпружинен возвратной пружиной (13), а главный гидроцилиндр (38) ввинчен на резьбе в крышку (36) соосно с цилиндром (19). Узел педали акселератора в данном варианте конструктивной реализации изобретения содержит также педаль акселератора (11), установленную на основании (12). В основании (12) также установлен рабочий гидроцилиндр (40), плунжер (39) которого кинематически связан с педалью акселератора (11) при помощи ползуна (41). Вторая возвратная пружина (13) установлена между ползуном (41) и основанием (12).
Кроме того, главный гидроцилиндр (34) и рабочий гидроцилиндр (36) сообщаются между собой при помощи гидравлической магистрали (42).
Данный вариант конструктивного исполнения узла акселератора изображен на Фиг. 13 и 14.
При этом конструктивная связь двигателя (1) и педали акселератора (11), обеспечивающая управление мощностью двигателя (1) может быть как механической, так и электродистанционной.
Кроме того, в соответствии с П. 13 Формулы поршень (20) может быть выполнен с лабиринтным уплотнением (43) и установлен в цилиндре (19) с гарантированным зазором.
Кроме того, в соответствии с П. 7 Формулы узел акселератора по П. 2 Формулы может дополнительно содержать регулятор-выключатель (44), конструктивно связанный с электронным блоком управления (7) или являющийся его составной частью.
Кроме того, в соответствии с П. 14 Формулы в цилиндре (19) может быть установлена эластичная вставка (45), либо на шейку (21) поршня (20) может быть надета буферная пружина (46)
Кроме того, в соответствии с П. 15 Формулы в цилиндре (19) может быть установлена компенсирующая пружина (47) с возможностью взаимодействия с поршнем (20).
Узел акселератора с обратной связью в варианте конструктивной реализации по П. 3 Формулы работает следующим образом:
В первую очередь следует отметить, что двигатель (1), оснащенный турбокомпрессором (4), может работать в двух основных режимах: в режиме разрежения и в режиме избыточного давления во впускном тракте (2).
В первом режиме при показаниях датчика давления наддува (6) ниже пороговой величины, электронный блок управления (7) не задействует моментный электродвигатель (8) и усилие, необходимое для нажатия на педаль акселератора (11) равно сумме момента возвратной пружины (13), сил трения в понижающей передаче (9) и тормозного момента обесточенного моментного двигателя (8) умноженного на передаточное отношение К понижающей передачи (9), при этом при отпускании педали акселератора (11) обгонная муфта (10), отсоединяет вал моментного двигателя (8) от передачи (9), что уменьшает создаваемый тормозным моментом актуатора обратной связи эффект гистерезиса возвращающего момента Мв на педали акселератора (11).
Кроме того, обгонная муфта (10) является своего рода механическим предохранителем, исключающим вероятность самопроизвольного ускорения автомобиля в случае критического сбоя работы электронного блока управления (7), так как моментный двигатель (8) не может в данном случае передать на педаль акселератора (11) управляющий момент, противоположный по знаку моменту возвратной пружины (13).
Во втором режиме, когда показания датчика давления наддува (6) превышают пороговое значение, электронный блок управления (7) подает напряжение на обмотки моментного двигателя  (8), что создает МДС и крутящим момент Мкр, величина которого соответствует заложенной в блок управления функциональной зависимости. Вышеупомянутый крутящий момент, передаваясь на педаль акселератора (11) через обгонную муфту (10) и передачу (9), суммируется с моментом силы, создаваемым возвратной пружиной (13) и ощущается водителем, как реактивный момент Мр на педали акселератора (11), величина которого зависит от развиваемого турбокомпрессором (4) давления наддува. Зависимость реактивного момента Мр. От угла поворота педали акселератора (11) - дельта изображена на Фиг. 3 Чертежей.
Дальнейшие события могут развиваться по одному из двух сценариев: В первом случае, изображенном на Фиг. 4, водитель при срабатывании обратной связи своевременно увеличивает управляющий момент Мупр, удерживая педаль акселератора (11) от выталкивания, что позволяет полностью реализовать динамический потенциал автомобиля.
Во втором случае, изображенном на Фиг. 5, водитель, случайно нажавший на педаль акселератора (11) не увеличивает Мупр, поэтому при срабатывании обратной связи происходит выталкивание педали акселератора (11) и частичное закрытие дроссельной заслонки (3).
В норме датчик давления наддува (6) устанавливается между дроссельной заслонкой (3) и двигателем (1) так как такое расположение датчика давление наддува (6) дает водителю наиболее достоверную информацию о приращении крутящего момента двигателя (1) за счет избыточного давления, создаваемого турбокомпрессором (4).
При оснащении впускного тракта (2) двумя датчиками давления наддува (6), расположенными с обеих сторон от дроссельной заслонки (3) и исполнении электронного блока управления (7) с возможностью усреднения показаний двух датчиков давления наддува (6), что предусмотрено П.6 Формулы, водитель получает возможность косвенно судить о «запасе» избыточного давления перед дроссельной заслонкой (3), что может быть полезно при использовании автомобиля в спортивных состязаниях.
При этом при выполнении электронного блока управления (7) по П. 7 Формулы и оснащении узла акселератора регулятором-выключателем (42), возможно регулирование водителем уровня обратной связи и пороговой величины давления во впускном тракте (2), что является основным преимуществом вышеописанного варианта конструктивной реализации предложенного изобретения, так как позволяет быстро найти компромисс между информативностью педали акселератора (11) и экономией мускульных усилий водителя. Возможные варианты зависимостей реактивного момента Мр от давления наддува Рнад. Изображены на Фиг. 6 Чертежей.
Кроме того, электромеханический актуатор, входящий в состав предложенного узла акселератора, помимо информирования водителя о давлении наддува, может также применяться для сообщения водителю другой важной информации, например, о достижении предельно допустимой скорости, возникновении пробуксовки ведущих колес и так далее.
Работа узла акселератора, реализованного по П. 9 Формулы происходит следующим образом: При наличии разрежения во впускном тракте (2), обусловленного малым углом открытия дроссельной заслонки (3), поршень (20) находится в крайнем верхнем положении, при этом штифт (31) педали акселератора (11) может свободно перемещаться относительно паза (33) серьги (32).
При увеличении угла открытия дроссельной заслонки (3), происходит раскрутка крыльчатки (5) турбокомпрессора (4) в результате чего давление воздуха во впускном тракте (2), сообщающемся с цилиндром (19) при помощи трубки (26) достигает атмосферного и продолжает расти, при этом поршень (20) вместе в серьгой (32) опускается вниз и на педаль акселератора (11) начинает передаваться реактивный момент Мр, соответствующий давлению наддува.
Далее, при увеличении давления наддува, педаль акселератора (11) либо частично выталкивается назад при отсутствии подтверждающего активное ускорение управляющего момента My, либо остается в нажатом положении при своевременном увеличении управляющего момента, компенсирующего рост давления наддува, что полностью соответствует логике работы описанного выше варианта реализации предложенного изобретения.
При резком отпускании педали акселератора (11) дроссельная заслонка (3) закрывается, что приводит к возникновению разрежения во впускном тракте (2) между дроссельной заслонкой (3) и двигателем (1), под действием которого поршень (20) энергично поднимается вверх, освобождая педаль акселератора (11).
Специфическим преимуществом данного варианта исполнения является его максимальная конструктивная простота, дешевизна и удобство установки на находящиеся в эксплуатации автомобили.
Работа узла акселератора по П. 10 Формулы происходит следующим образом: При повороте вращающейся рукоятки (28), сопровождающемся приложением к ней управляющего момента My, возвратная пружина (13), закрепленная на штоке (23) и регулируемой опоре (25) растягивается, так управляющий момент My передается на возвратную пружину (13) через тросы (29), двухручейный шкив (18) и шток (23). При этом также происходит открытие дроссельной заслонки (3), соединенной с двухручейным шкивом (18) при помощи кулачковой муфты (30).
При этом, поскольку во впускном тракте (2) присутствует разрежение, поршень (20) находится в крайнем левом положении и не ограничивает перемещение штока (23), то есть величина возвращающего момента на вращающейся рукоятке (28) определяется исключительно жесткостью возвратной пружины (13) и потерями на трение.
При увеличении угла открытия дроссельной заслонки (3), происходит раскрутка крыльчатки (5) турбокомпрессора (4) в результате чего давление воздуха во впускном тракте (2), сообщающемся с цилиндром (19) при помощи трубки (26) достигает атмосферного и продолжает расти, при этом поршень (20) при достижении порогового давления резко смещается вправо до столкновения с упором (24) штока (23). При этом, поскольку шток (23) кинематически связан с вращающейся рукояткой (28) при помощи тросов (29), а также двухручейного шкива (18), водитель ощущает на органе управления тягой специфический легкий толчок, свидетельствующий о включении в работу турбокомпрессора (4), что улучшает ситуационную осведомленность водителя и упрощает дальнейшее управление разгонной динамикой транспортного средства.
В остальном работа данного варианта узла акселератора аналогична описанной выше работе варианта по П. 9 Формулы.
Специфическими преимуществами данного варианта является легкость конструкции, конструктивная простота и легкость установки на уже находящиеся в эксплуатации мотоциклы и квадроциклы.
Работа узла акселератора, реализованного по П. 11 и 12 Формулы, происходит следующим образом. При приложении водителем к педали акселератора (11) управляющего момента Мупр, педаль акселератора (11) поворачивается, перемещая назад ползун (41) и связанный с ним плунжер (39) рабочего гидроцилиндра (40), что приводит к перетоку гидравлической жидкости по гидравлической магистрали (42) и перемещению влево плунжера (39) главного гидроцилиндра (38). Возвращающий момент на педали акселератора (11) создается за счет сжатия возвратных пружин (13). Поршень (20) при этом находится в крайнем левом положении, так как при малых оборотах двигателя (1) впускной тракт находится под разряжением. По мере раскрутки крыльчатки (5) турбокомпрессора (4) давление во впуском тракте увеличивается и достигает критического значения, при котором поршень (20) начинает перемещаться вправо и передавать на педаль акселератора (11) реактивный момент Мр сначала за счет поджима возвратной пружины (13), а затем через непосредственный контакт с плунжером (39) главного гидроцилиндра (38).
Специфическим преимуществом данного варианта узла акселератора является большее быстродействие по сравнению с вариантом по П. 9 и 10 Формулы, так как, во-первых, в связи с расположением поршня (20) непосредственно во впускном тракте (2), отсутствует временная задержка на выравнивание давления между впускным трактом (2) и цилиндром (19), возникающая, если цилиндр (19) и впускной тракт (2) связаны между собой при помощи трубки (26), используемой в вариантах реализации по П. 9 и 10 Формулы.
Во-вторых, по сравнению с вариантом по П. 10 Формулы, быстродействие обратной связи улучшается за счет свойства несжимаемости гидравлической жидкости.
Наличие двух возвратных пружин (13), одновременно обеспечивает как надежность возврата педали акселератора (11) в исходное положение даже при неисправном гидроприводе, так и постоянное нахождение гидропривода под «дежурным» давлением, что способствует длительному сохранению его герметичности.
Данный вариант реализации предложенного изобретения наиболее пригоден для установки на мощные автомобили с удельной мощностью свыше 200 л.с. на тонну снаряженной массы. Кроме того, высокое быстродействие обратной связи может быть полезно при использовании на автомобиле жидкостного интеркулера.
Работа узла акселератора по П. 13 Формулы отличается меньшим трением в сопряжении поршня (20) и цилиндра (19), что улучшает быстродействие, адекватность и эффективность обратной связи, при этом неизбежные при наличии гарантированного зазора потери давления не оказывают существенного влияния на эффективность работы турбокомпрессора (4), так как лабиринтное уплотнение (43) сводит эти потери к минимуму.
Работа узла акселератора по П. 2 Формулы отличается возможностью настройки усилия «страгивания» педали акселератора (11) за счет регулирования начального поджатия возвратной пружины (13), например, при помощи регулируемой опоры (25), используемой в вариантах реализации изобретения по П. 9 и 10 Формулы, что дополнительно повышает удобство управления разгонной динамикой при движении в плотном транспортном потоке, позволяя в полной мере заставить мощный автомобиль или мотоцикл «следовать за педалью/ручкой газа» в атмосферном режиме работы двигателя (1).
Работа узла акселератора по П. 14 Формулы отличается меньшими ударными нагрузками на поршень (20) и дно цилиндра (19) при закрытии дроссельной заслонки (3), достигаемыми за счет установки буфера, выполненного в виде буферной пружины (46) или эластичной вставки (45).
Работа узла акселератора по П. 15 Формулы отличается возможностью задачи величины порогового давления наддува, при котором поршень (19) входит в контакт со штоком (20) начинает передавать реактивный момент на педаль акселератора (11). Данная опция может быть полезна для турбодвигателей относительно небольшого рабочего объема, для которых режим работы под наддувом является основным.
Таким образом, основной технический результат, заключающийся в упрощении управления разгонной динамикой энерговооруженных транспортных средств, во всех вариантах реализации предложенного изобретения обеспечивается за счет того, что водитель получает возможность непосредственного контроля давления наддува двигателя (1), поскольку, однократно приложив к педали акселератора (11) или вращающейся рукоятке (28) тот или иной управляющий момент My, для получения требуемой величины ускорения транспортного средства водитель может больше не отвлекаться на изменение положения органа управления тягой по мере изменения числа оборотов крыльчатки (5) турбокомпрессора (4), поскольку необходимое для поддержания заданного давления наддува Рнад. положение педали акселератора (11) задается полуавтоматически и может существенно меняться в зависимости от оборотов крыльчатки (5) турбокомпрессора (4).
Кроме того, управление разгонной динамикой упрощается также за счет уменьшения потребной жесткости возвратной пружины (13), что обеспечивает большую адекватность возвращающего момента на педали акселератора (11) величине ускорения транспортного средства в атмосферном режиме работы двигателя (1), и, в некоторых случаях, исключает необходимость постоянного «продавливания» перетяжеленной педали акселератора (11) при движении в медленном транспортном потоке.
Технический результат, заключающийся в уменьшении вероятности самопроизвольного ускорения транспортного средства, достигается за счет автоматического выталкивания педали акселератора (11) назад или поворота вращающейся рукоятки (28) в сторону закрытия под действием растущего реактивного момента Мр по мере раскрутки крыльчатки (5) турбокомпрессора (4) в случае, если водитель не «подтвердит» свое намерение интенсивно ускориться своевременным увеличением управляющего момента My.
Технический результат, заключающийся в экономии мускульных усилий водителя также обеспечивается за счет уменьшения потребной жесткости возвратной пружины (13) и возможности уменьшения хода педали акселератора (11) или угла поворота вращающейся рукоятки (28) на 30-50% без ущерба безопасности.
Таким образом, благодаря введенным в известную конструкцию узла акселератора с обратной связью новых конструктивных признаков, была решена задача упрощения управления разгонной динамикой энерговооруженных транспортных средств, оснащенных двигателями с турбонаддувом за счет обеспечения квазилинейной зависимости развиваемого двигателем крутящего момента и величины возвращающего усилия на педали акселератора при наличии избыточного давления во впускном коллекторе.