Устройство адаптивным управлением работой цилиндров двигателя внутреннего сгорания

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использована для повышения показателей топливной экономичности двигателей внутреннего сгорания, а также долговечности их цилиндро-поршневых групп.
Известна система управления двигателем внутреннего сгорания с отключаемыми цилиндрами, принятая за прототип (патент на изобретение R.U 2044148 МПК F02D 17/02 опубликовано 20.09.1995), содержащая гидравлические механизмы отключения газораспределительных клапанов и топливоподачи с управляющими и сливными магистралями, источник давления рабочей жидкости с напорной магистралью, распределительное устройство, связывающее напорную управляющие и сливные магистрали и связанные между собой, блок задержания, датчик перемещений и источник электрического питания, реле давления, первый и второй выключатели, сигнальное устройство, распределительное устройство выполненного в виде электрогидравлических вентилей с подвижными штоками, первый из которых подключен к управляющей магистрали механизма отключения газораспределительных клапанов, а второй и реле давления к управляющей магистрали механизмов отключения топливоподачи, блок задержки выполненного в виде электрического реле времени, датчик перемещений соединенного с подвижным штоком первого вентиля, при этом к источнику электрического питания подключены первый вентиль через первый выключатель и параллельно через нормально замкнутые контакты реле давления, второй вентиль через нормально замкнутые контакты датчика перемещений и параллельно через нормально замкнутые контакты реле времени, реле времени через второй выключатель, а сигнальное устройство подключенного параллельно контактам реле давления, причем в положении выключателей "включено" контакты первого выключателя замкнуты, а второго разомкнуты.
Кроме того, система снабжена третьим и четвертым выключателями, многопозиционным переключателем режимов работы двигателя с подвижным и двумя группами неподвижных контактов, одна из которых подключена через третий и четвертый выключатели соответственно к первому вентилю и реле времени, а подвижный контакт подключен к источнику питания, причем в положении выключателей "включено" контакты третьего выключателя замкнуты, а четвертого разомкнуты, выключатели сблокированы между собой тягой, а сигнальное устройство выполнено в виде электрической лампочки.
Недостатком прототипа является его недостаточная эффективность, обусловленная:
1. Обеспечение автоматического отключения (включения) цилиндров определяется не реальной нагрузкой на двигатель, а положением многопозиционного переключателя.
2. Отсутствием автоматического включения неактивных цилиндров в работу при значительном снижении их теплового состояния характеризующее рост потерь мощности на трение и, соответственно, увеличение расхода топлива. Пониженное тепловое состояние неактивных цилиндров характеризуется увеличением динамической вязкости смазочного слоя в парах гильза цилиндра - поршневые кольца, гильза цилиндра - поршень. При резком увеличении нагрузки на двигатель и включение в работу всех цилиндров происходит повышенный износ (снижение долговечности) деталей цилиндро-поршневой группы тех цилиндров, которые начали функционирование.
3. Неравномерным износом деталей цилиндро-поршневой группы для постоянно работающих и части отключаемых цилиндров.
Технический результат полезной модели направлен на:
1. Обеспечение автоматизации процесса отключения (включения) цилиндров двигателя внутреннего сгорания в зависимости от нагрузки.
2. Улучшение показателей топливной экономичности двигателя внутреннего сгорания.
3. Повышение долговечности деталей цилиндро-поршневой группы двигателя внутреннего сгорания.
Предлагаемое устройство предусматривает в автоматизированном режиме работу двигателя с неактивными 1, 4, 6 и 7 или 5, 2, 3 и 8 цилиндрами, исходя из условий нагрузки, а также теплового состояния цилиндров двигателя внутреннего сгорания. Указанная способность предлагаемой полезной модели направлена на обеспечение равномерного износа и долговечности деталей цилиндро-поршневой группы двигателя внутреннего сгорания.
Технический результат полезной модели достигается тем, что устройство адаптивным управлением работой цилиндров двигателя внутреннего сгорания дополнительно оборудовано электрогидравлическим механизмом, состоящим из электромагнитного переключателя, сочлененного с золотником, выполненным с возможностью управления электронным блоком управления по сигналу от датчиков температуры внутренних стенок цилиндров и крутящего момента, а количество гидравлических механизмов отключения газораспределительных клапанов и топливоподачи соответствует количеству цилиндров.
На фиг. 1 представлено устройство адаптивным управлением работой цилиндров двигателя внутреннего сгорания.
Устройство адаптивным управлением работой цилиндров двигателя внутреннего сгорания (фиг. 1) содержит: цилиндры 1-8 дизельного двигателя; датчик крутящего момента 9; электронный блок управления (ЭБУ) 10; управляющие магистрали 11; механизмы отключения газораспределения 12 и топливоподачи 13; сливная 14 и нагнетательная магистрали 15; источник давления 16; электрогидравлический механизм 17, состоящий из электромагнитного переключателя 18 и золотника 19; датчики температуры внутренних стенок цилиндров 20; сальник 25; сигнальная лампа 26.
К ЭБУ 10 по каналам CAN-шины подключены: датчик крутящего момента 9, электромагнитный переключатель 18 электрогидравлического механизма 17, датчики температуры внутренних стенок цилиндров 20, сигнальная лампа 26. Причем датчики 20 температуры внутренних стенок 1,4,6 и 7 цилиндров объединены в общую цепь и по каналу CAN-шины соединены с ЭБУ 10, датчики 20 температуры внутренних стенок 5,2,3 и 8 цилиндров также объединены в общую цепь и по каналу CAN-шины соединены с ЭБУ 10.
Электромагнитный переключатель 18 и золотник 19 выполнены в едином корпусе электрогидравлического механизма 17. Электромагнитный переключатель 18 и золотник 19 соединены между собой сочленением. Полости электромагнитного переключателя 18 и золотника 19 отделены сальником 25.
В корпусе электрогидравлического механизма 17 выполнены отверстия (каналы А, Б, В, Г, Д, Е) связанные с управляющей 11, сливной 14 и нагнетательной 15 магистралями резьбовым соединением.
На фиг. 2 представлен вариант установки датчика температуры внутренней стенки цилиндра на цилиндре двигателя и датчика крутящего момента на маховике. Датчик температуры внутренней стенки цилиндра двигателя 20 соединен свинчиванием с гильзой цилиндра 21, а для исключения появления погрешности при измерении температуры внутренней стенки гильзы цилиндра датчик температуры 20 закрыт кожухом 22 соединенного свинчиванием с гильзой цилиндра 21. Датчик крутящего момента 9 соединен свинчиванием с маховиком 27.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
В исходном состоянии при работе двигателя с 8-ю цилиндрами последовательность работы цилиндров определяется следующим порядком: 1-5-4-2-6-3-7-8 цилиндры. При этом масло (фиг. 1) по напорной магистрали 15 через каналы А и Б электрогидравлического механизма 17 поступает к сливной магистрали 14. Золотник 19 электрогидравлического механизма 17 запирает масло в механизме 12 отключения газораспределения всех цилиндров двигателя, обеспечивая возвратно-поступательное движение клапанов 23. К ЭБУ 10 непрерывно поступает сигнал от датчика крутящего момента 9 и температуры внутренних стенок 20 всех цилиндров.
При снижении нагрузки на двигатель или его работе без нагрузки (холостой ход) датчик крутящего момента 9 передает соответствующий сигнал по каналу CAN-шины на ЭБУ 10, который сравнивается с установленным минимальным значением. При достижении установленного минимального значения ЭБУ 10 передает управляющий сигнал по каналу CAN-шины к электромагнитному переключателю 18 и сигнальной лампе 26. Электромагнитный переключатель 18 перемещает золотник 19, при этом масло от источника давления 16 по напорной магистрали 15, каналам А и В (или А и Д) электрогидравлического механизма 17, управляющей магистрали 11 поступает к механизмам 13 отключения топливоподачи 1,4,6 и 7 (или 5, 2, 3 и 8) цилиндров и перекрывая тем самым подачу топлива к форсункам 24 (фиг. 1, 2) 1,4,6 и 7 (или 5, 2, 3 и 8) цилиндров. Кроме того, при перемещении золотника 19 происходит сообщение потока масла от механизмов 12 отключения газораспределения 1,4,6 и 7 (или 5, 2, 3 и 8) цилиндров через управляющие магистрали 11 каналы Г и Б (или Е и Б) электрогидравлического механизма 17 со сливной магистралью 14, тем самым обеспечивается закрытие клапанов.
При работе двигателя внутреннего сгорания с отключенными цилиндрами происходит снижение теплового состояния неактивных цилиндров, что в свою очередь приводит к росту потерь мощности на трение и, соответственно, увеличению расхода топлива. Пониженное тепловое состояние неактивных цилиндров характеризуется увеличением динамической вязкости смазочного слоя в парах гильза цилиндра - поршневые кольца, гильза цилиндра - поршень. При резком увеличении нагрузки на двигатель и включение в работу всех цилиндров происходит повышенный износ (снижение долговечности) деталей цилиндро-поршневой группы тех цилиндров, которые начали функционирование. Для исключения этого негативного фактора в предлагаемой полезной модели предусмотрены датчики температуры внутренних стенок цилиндров 20 связанных CAN-шиной с ЭБУ 10.
В ходе работы дизельного двигателя к ЭБУ 10 по каналу CAN-шины поступает сигнал, характеризующий тепловое состояние цилиндров двигателя от датчиков температуры внутренних стенок цилиндров 20.
При снижении нагрузки и отключении по схеме 1, 4, 6 и 7 (или 5, 2, 3 и 8) цилиндры двигателя от установленных на них датчиков температуры внутренних стенок цилиндров 20 поступает сигнал, характеризующий тепловое состояние неактивных цилиндров, по каналу CAN-шины к ЭБУ 10, который сравнивается с установленным минимальным значением. При достижении установленного минимального значения ЭБУ 10 отправляет управляющий сигнал по каналу CAN-шины к электромагнитному переключателю 18, который перемещает золотник 19. Сигнал от ЭБУ 10 по каналу CAN-шины к сигнальной лампе 26 прерывается. При перемещение золотника 19 масло от источника давления 16 по напорной магистрали 15 через каналы А и Г (или А и Е) электрогидравлического механизма 17, управляющие магистрали 11 поступает к механизмам 12 отключения газораспределения 1,4,6 и 7 (или 5, 2, 3 и 8) цилиндров, обеспечивая тем самым нормальное функционирование клапанного механизма отключенных цилиндров двигателя. Кроме того, при перемещение золотника 19 масло от механизмов 13 отключения топливоподачи 1, 4, 6 и 7 (или 5, 2, 3 и 8) цилиндров через управляющие магистрали 11 и каналы В и Б (или Д и Б) электрогидравлического механизма 17 поступает к сливной магистрали 14. Тем самым обеспечивается подача топлива к форсункам 24 (фиг. 1) и нормальное функционирование дизельного двигателя.
По достижению значений теплового состояния цилиндров 1, 4, 6 и 7 (или 5, 2, 3 и 8) нормально функционирующего двигателя до значений определенных ЭБУ 10 и продолжающейся работе двигателя с малыми нагрузками или на холостом ходу ЭБУ 10 подает управляющий сигнал по каналу CAN-шины на электромагнитный переключатель 18 и сигнальную лампу 26 (фиг. 1). Электромагнитный переключатель 18 перемещает золотник 19, при этом масло от источника давления 16 по напорной магистрали 15, каналам А и Д (или А и В) электрогидравлического механизма 17, управляющей магистрали 11 поступает к механизмам 13 отключения топливоподачи 5, 2, 3 и 8 (или 1, 4, 6 и 7) цилиндров и перекрывая тем самым подачу топлива к форсункам 24-5, 2, 3 и 8 (или 1, 4, 6 и 7) цилиндров. Кроме того, при перемещение золотника 19 происходит сообщение потока масла от механизмов 12 отключения газораспределения 5, 2, 3 и 8 (или 1, 4, 6 и 7) цилиндров через управляющие магистрали 11 каналы Е и Б (или Г и Б) электрогидравлического механизма 17 со сливной магистралью 14, тем самым обеспечивается закрытие клапанов.
При увеличении нагрузки и отключенных по схеме - 1, 4, 6 и 7 (или 5, 2, 3 и 8) цилиндры от датчика крутящего момента 9 поступает сигнал по каналу CAN-шины к ЭБУ 10, который сравнивается с установленным максимальным значением. При достижении установленного максимального значения ЭБУ 10 отправляет управляющий сигнал по каналу CAN-шины к электромагнитному переключателю 18, который перемещает золотник 19. Сигнал от ЭБУ 10 по каналу CAN-шины к сигнальной лампе 26 прерывается. При перемещение золотника 19 масло от источника давления 16 по напорной магистрали 15 через каналы А и Г (или А и Е) электрогидравлического механизма 17, управляющие магистрали 11 поступает к механизмам 12 отключения газораспределения 1,4,6 и 7 (или 5, 2, 3 и 8) цилиндров и обеспечивая тем самым нормальное функционирование клапанного механизма отключенных цилиндров двигателя. Кроме того, при перемещение золотника 19 масло от механизмов 13 отключения топливоподачи 1, 4, 6 и 7 (или 5, 2, 3 и 8) цилиндров через управляющие магистрали 11 и каналы В и Б (или Д и Б) электрогидравлического механизма 17 поступает к сливной магистрали 14. Тем самым обеспечивается подача топлива к форсункам 24 (фиг. 1) и нормальное функционирование дизельного двигателя.
По сравнению с прототипом, предлагаемое техническое решение позволяет повысить эффективность работы и надежность двигателя внутреннего сгорания.
Предлагаемое устройство адаптивным управлением работой цилиндров двигателя внутреннего сгорания технологично в промышленном изготовлении.