Способ воздухоснабжения двигателявнутреннего сгорания

Сефз Советских Соцналнстнческнх Республнк(51)М, Кл,з г 02 р 13/02 Государственвый комитет СССР яо ямам нзобретений н открытий(088.8) Дата опубликования описания 050481(72) Автор изобретения В. Г. Путилин Пензенский дизельный завод Производственного объединения по дизелям и турбокомпрессорам(71) Заявитель Изобретение относится к машиностроению, в частности к поршневым двигателям внутреннего сгорания, и может быть использовано для двигателей с регулированием фаз газораспределения на переменных режимах работы.Известны способы воэдухосиабжения двигателей внутреннего сгорания путем подачи сжатого воздуха в цилиндр при работе на установившихся режимах и подачи добавочного воздуха в турбокомпрессор в процессе изменения величины нагрузки двигателя.Добавочный воздух сжимают вспомогательным компрессором, приводным, 15 например, гидродвигателем 1 .Подача добавочного воздуха улучшает работу двигателя на переходных режимах, однако при этом необходимы дополнительные агрегаты: компрессор 20 и приводные механизмы.Известны способы воздухоснабжения двигателей, лишенные этого недостат.- ка, Добавочный воздух на переходных режимах обеспечивают путем увеличе 25 ния давления воздуха, сжимаемого турбокомпрессором, на частичных нагрузках и снижения давления наддува в зоне высоких нагрузок путем перепуска наддувочного воздуха или отработав 2ших газов из газовоздушного тракта двигателя 21 .Но эти способы регулирования мало экономичны.Известен также способ воздухоснабжения двигателя внутреннего. сгорания путем сжатия воздуха в турбокомпрессоре, подачи сжатого воздуха в цилиндр во время хода впуска и прекращения подачи до завершения этого хода с регулированием момента прекращения по импульсу о величине нагрузки способ Миллера)Двигатели с системой Миллера при частичных нагрузках, .примерно до 60-70 мощности, работают без регулирования фаз газораспределения - с полным использованием хода впуска.Повышенные давления наддува, характерные для системы миллера, обеспечивают в этой зоне работы двигателя высокие показатели переходных процессов при разгоне двигателя и увеличении нагрузки 31.Однако, неполное использование хода впуска, приводящее и фактическому уменьшению рабочего объема цилиндров двигателя, а также пониженная степень сжатия, снижающая эффективность цикла, ухудшают качествопереходных процессов двигателя с системой Миллера в зоне высоких нагрузок, где время переходных процессовнаиболее велико.Цель изобретения - повышение приемистости двигателя, оснащенногосистемой Миллера,Для достижения поставленной целипри работе двигателя на установившемся режиме подачу воздуха прекращаютдо завершения хода впуска,а в процессе изменения величины нагрузки моментпрекращения подачи воздуха совмещаютс моментом завершения хода впуска.В качестве параметра изменениявеличины нагрузки могут быть использованы: давление сжатого воздуха,частота вращения вала турбокомпрессора, давление сжатого воздуха и частота вращения вала двигателя, частота вращения вала двигателя и частотавращения вала турбокомпрессора,На фиг. 1 изображена структурная блок-схема системы регулирования двигателя; на фиг, 2 - диаграмма изменения давления в цилиндре (процесса впуска и сжатия) чри различном моменте завершения хода впуска.Структурная блок-схема системы регулирования двигателя для осуществления предлагаемого способа включает в себя узлы регулирования, свойственные двигателям с системой Миллера: сервомеханизм 1 изменения фаз газораспределения в функции давления наддува, пульт 2 управления двигателем, воздействующий на задатчик режима 3 двигателя, например объединенный регулятор числа оборотов, привод клапанов, позволяющий смещать во время работы моменты закрытия клапанов.Сервомеханизм 1 содержит сильфонный механизм, состоящий иэ сильфона 4, уравновешивающей пружины 5, кожуха 6, в который по каналам 7 и 8 подводится воздух из наддувочного коллектора Э двигателя 10 внутреннего сгорания, Дно сиЛьфона 4 при помощи механической передачи связано с золотником, управляющим силовым цилиндром сервомеханиэма 1.Для осуществления регулирования двигателя с системой Миллера по предлагаемому способу сервомеханизм 1 снабжен двухпозиционным регулирующим устройством, включающим в себя поршень 11 изменения затяжки уравновешивающей пружины сильфонного механизма, электропневматический вентиль 12, управляющий йодачей давления в йадпоршневую полость 13 и упоры 14,огра,ничивающие крайние положения поршня 11. Электропневматический вентиль управляется балансным реле 15, которое связано с реостатом 16 пульта управления и реостатом 17 пневмоэлек трического преобразователя, Последний 18 преобразует давление наддувоч35 40 45 50 давление в полость 13, поршень 11 перемещается вниз до упора, увели-. чивая затяжку уравновешивающей пружины 5. увеличение затяжки пружины 5 изменяет установку фаз газораспределения в направлении увеличения используемой части хода впуска.Величина раэбаланса моста реле 15, при которой изменяется установка фаэ газораспределения, выбирается в зависимости от конкретных характеристик двигателя при разгоне.При разгоне двигателя увеличиваются располагаемая энергия газов перед турбиной, обороты турбокомпрессора идавление наддувочного.воздуха,вентиль 12 будет открыт до тех пор, пока движок реостата пневмоэлектрического преобразователя 10, перемещаясь при росте давления наддува, не приведет мостовую схему в состояние равновесия. При этом вентиль 12 сбросит давление иэ полости 13 и поршень 11 займет верхнее положение, устанавливая фазы газораспределения в функции давления наддува, соответствующие установившемуся режиму работы двигателя.На диаграмме процесса впуска и сжатия (фиг. 2) обозначены: ось абсцис Рр - линия атмосферного давления, ось ординат - давления процесса,линии 20 - 22 - линии сжатия воздуха в компрессоре. ного воздуха в пропорциональное сопротивление реостата 17.Закон изменения сопротивленияреостата 16 при перемещении рукоятки 19 согласован с законом изменениядавления наддувочного воздуха вфункции режима работы двигателя, определяемого положением рукоятки 1 Эпульта управления.При установившемся режиме работыдвигателя сопротивление реостата 17,определяемое величиной давления наддувочного воздуха, равно сопротивлению реостата 16 пульта управления.При этом мост балансного реле 15согласован, электропневматическийвентиль закрыт, давления в полости13 нет, поршень 11 находится в верхнем положении. Подача воздуха прекращается до завершения хода впуска.В процессе изменения нагрузки 20 (при ее увеличении), переводом рукоятки 19 пульта управления в новоеположение соответственно изменяетсявеличина сопротивления реостата 16,величина же давления воздуха в над дувочном коллекторе двигателя вследствие инерционности системы газотурбинного наддува, а следовательно, ивеличина сопротивления реостата 17не соответствует вновь заданномурежиму работы.При этом наступает разбаланс моста реле 15 и оно выдает импульс наоткрытие вентиля 12,. который подает60 формула изобретения Сжатый в турбоколпрессоре воздух .при открытии впускных клапанов подается в цилиндры двигателя. Момент прекращения подачи воздуха (точки о О , О З - моменты закрытия впускнйх клапанов) определяет используемую долю хода впуска - отрезки В, В В и используемую долю хода сжатйя - отрезки С ,СС . Линия 23 - линия сжатия воздуха в цилиндре при работе двигателя на установившемя режиме.при малых и умеренных давлениях наддувочного воздуха (на диаграмме до давления Р ) впускные клапаны закрывают в точке О и ход впуска используется полностью (отрезок Ь,При больших нагрузках двигателя (на диаграмме - при давлении наддувочного воздуха больше Р ) изменением моментов закрытия вйускных клапанов поддерживают давление конца сжатия Р на постоянном уровне.ООпереженйе закрытия впускных клапанов уменьшает используемую долю хода впуска (отрезки В, и В .При движении поршня вниз происходит расширение воздуха в цилиндре двигателя (при давлении наддува Р по линии О-О ,при Р - по линии О -О-Р), а затем сжатие.по линии 21.При этом, как показано линиями 24 и 25, ход сжатия используется полностью (отрезки с и сэ), вследствие чего снижается действительная степень сжатия в цилиндрах двигателя и давление конца сжатия РС поддерживается на постоянном уровне.В.известном способе регулирования двигатеЛя с системой Миллера изменение моментов прекращения подачи воздуха (закрытия впускных клапанов) при разгоне двигателя из точки А до режима работы, характеризуемого давлением наддува Р , осуществляется по линии А-О -О с ограничением дав 2 3ления конца сжатия величиной Р.На время переходного процесса при увеличении нагрузки и разгоне двигателя изменяют установку моментов прекращения подачи воздуха (закрытия впускных клапанов) по импульсу о величине нагрузки двигателя в направлении более полного использования хода впуска, чем при установившемся режиме работы двигателя, т.е. при одном и том же значении давления наддувочного воздуха Р во время переходного процесса осуществляют более позднее закрытие впускных клапанов, чем при том же значении Р вО вреМя установившегося режима работы двигателя. Соответственно, частичное использование хода впуска осуществляют с больших давлений наддувочного воздуха, например с давления Рк на приведенной диаграмме.изменение моментов закрытия впускных клапанов при разгоне двигателя из точки А до режима работы, характеризуемого давлением наддува Р , впредлагаемом способе регулированйяосуществляют следующим образом.В момент изменения режима устанав 5 ливают момент закрытия впускныхклапанов в точке А, а затем помере разгона двигателя и роста давления наддувочного воздуха изменениемоментов закрытия впускных клапановосуществляют по линии А"-А"-О с ограничением давлений сжатия лийией 7и конца сжатия величиной РПри выходе.на заданный режим изменяют установку моментов закрытиявпускных клапанов в функции нагрузки с ограничением давления конца,сжатия величиной Р.При разгоне двигателя из тоЧкиО до режима работы характеризуемого давлением наддува Р в момент 20 изменения режима, устанавливают момент закрытия впускных клапанов вточке О " с последующей установкоймоМентов закрытия клапанов по мереразгона двигателя .,по линии О -О .25 Из приведенной диаграммы видйо,что предлагаемый способ регулирования имеет большие возможности поувеличению заряда в цилиндре двигателя при разгоне двигателя в зоневысоких нагрузок при одинаковомограничении давления конца сжатияи, давления сгорания по сравнению сизвестными способами, так как упоследних степень сжатия постояннаи определяется требованием надежного запуска двигателя;Об изменении величины нагрузкисудят либо по давлению сжатого .воздуха, либо по частоте вращения валатурбокомпрессора, либо по давлению 40 сжатого воздуха и частоте вращениявала двигателя, либо частоте вращения вала двигателя и частоте вращения вала турбокомпрессора.В предлагаемом способе регули Рования двигателя внутРеннего сгорания во время переходныХ процессовпри нагрузке двигателя в зоне с регулированием используемой доли ходавпуска возможна динамическая перегрузка относительно режима номинальной лощности в допустимых пределах,Предлагаемый способ воздухоснабжения двигателя с системой Миллераобеспечивает улучшение переходныхпроцессов при разгоне двигателя во 55 всем диапазоне работы высокофорсированного двигателя внутреннего сгорания. 1. Способ воздухоснабжения двигателя внутреннего сгорания путем сжатия воздуха в турбокомпрессоре, подачи сжатого воздуха в цилиндр во вре"мя хода впуска и прекращения подачи до завершения этого хода с регулированием момента прекращения по импульсу о величине нагрузки, о т - л и ч а у щ и й с я тем, что, с целью повышения приемистости двигателя, при его работе на установившемся режиме подачу воздуха прекращают до завершения хода впуска,а в процессе изменения величины нагрузки момент прекращения подачи воздуха сонме- О щают с моментом завершения хода впус-ка2Способ по п.1, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что об изменении величины нагрузки судят по давлению сжатого воздаха. 153, Способ по п.1, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что дополнительно измеряют частоту вращения вала турбокомпрессора, и об изменении величины нагрузки судят по частоте вра-. 20 щЕния вала турбокомпрессора.4. Способ по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что дополнительно измеряют частоту вращения вала двигателя, и об изменении величины нагрузки судят по давлению сжатого воздуха и по частоте вращения вала двигателя.5. Способ по пп. 1 и 3, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что дополнительно измеряют частоту вращения вала двигателя н об изменении величины нагрузки судят по частоте вращения вала турбокомпрессора и вала двигателя.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США 9 3921403,кл. 60-606, опублик. 1975.2. Дехович Д. А. Улучшение внешней характеристики двигателя 16 ЧН26/26 путем регулируемого перепускавоздуха из компрессора в турбину. - .817285 пу Составитель Л. Павлович Беэродная Техред А.йчКорректор М