Устройство для регулирования двигателя внутреннего сгорания

О Й И С А Н И Е р,66582ИЗОБРЕТЕНИЯ бавз Советских Социалистических Республик(45) Дата опубликования описания 30.05,72) Авторы изобретения Иностранцы Мельхиор и Тьерри Андре(Франция) Иностранная фирма Эта франсэ71) Заявитель УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ количества топлива, подаваелнительную камеру сгорания,выполнен в виде дросселя, го в топливопроводс, а следя- и задатчик - в виде подсоедисселю подвижной стенки, разжду камерами, одна из котона с источником эталонного другая с ресивером. Регулятор мого в доно может быть установленно щая система ненной к др мещенной м рых сообще давления, а ие точности20 ой цели заинен к оргаИзобретение относится к области машиностроения, в частности двигателестроения а именно к устройствам для совместного регулирования топливоподачи и наддува двигателя.Известны устройства для регулирования двигателя внутреннего сгорания, содержащие орган дозирования цикловой подачи топлива в цилиндры и снабженный задатчиком режима работы регулятор количества топлива, подаваемого в дополнительную камеру сгорания, подключенную к газовпускному патрубку турбокомпрессора наддува и сообщенную с выхлопным коллектором и с ресивером 11.В известном устройстве точность согласования давления наддува с режимом работы двигателя невысока.Цель изобретения - повышенрегулирования.Для достижения поставленндатчик режима работы подсоедну дозирования цикловой подачи,Подсоединение задатчика к органу дозирования выполнено в виде следящей системы.Следящая система дополнительно соединена с ресивером. Источник эталонного давления может быть выполнен в виде резервуара, сообщенного с атмосферой при помощи регулируемого жиклера, подвижная игла которого соединена с органом дозирования цикловой подачи, и дополнительно сообщенного с ресивером при помощи жиклера постоянного сечения.Регулятор может быть также выполнен в виде электроприводного насоса, а следящая система - в виде преобразователей положения органа дозирования цикловой подачи и величины давления наддува в си налы изменения электрического тока в ц пи его питания.На фиг. 1 показана диаграмма режимов работы двигателя внутреннего сгорания с наддувом и с воспламенением от сжатия;на фиг. 2 - принципиальная схема двигателя с наддувом, оборудованного устройством подачи топлива, выполненным в виде механического насоса и с системой автоматического регулирования заданного значения при помощи пневматических элементов; на фиг. 3 - кривая, представляющая один из возможных законов изменения заданного давления в зависимости от цикловой подачи топлива в двигатель; на фиг. 4 дан вариант системы автоматического регулирования, изображенной на фиг, 2; на фиг.5 приведена более полная (чем на фиг, 2) схема выполнения подвижной стенки и соединение с устройством для регулирования расхода воздуха через обводную трубу; на фиг. 6 - принципиальная схема варианта системы автоматического регулирования электронного типа.На фиг, 1 по ординате показана мощность У на валу двигателя, а по абсциссе - скорость вращения вала двигателя. Кривые работы при постоянной скорости представляют собой прямые, параллельные оси ординат, кривые работы при постоянном крутящем моменте - прямые, проходящие через начало координат,Возможная область работы двигателя дизеля ограничена с одной стороны факторами механической и термической прочности, а с другой, - возможностями воспламенения топлива от тепла сжатия воздуха, Соответствуюцие границы показаны на фиг. 1 штрих-пунктирными кривыми, которые разделяют различные области работы рассматриваемого двигателя.Максимальный крутящий момент, который двигатель способен развить, ограничен максимально допустимым в цилиндрах давлением: если предположить в качестве первого приближения, что величина крутящего момента не зависит от скорости, то соответствующий предел представлен прямой 1, проходящей через начало координат. Однако, если производительность турбокомпрессора будет достаточно высокои, можно некоторую часть выхлопных газов выпускать в атмосферу и таким путем несколько увеличить крутящий момент в пределах допустимого давления.Термическая нагрузка в критической точке двигателя (температура выхлопа или головки цилиндра, или поршня) не должна достигать величин, которые могли бы вызвать разрушение: соответствующий предел представлен в виде границы, приблизительно описываемой прямой линией 2, которая отвечает температуре выхлопа 600 С, характерной для большинства существующих реальных двигателей.Если принять, что число оборотов ограничено не зависимо от вращающего момента, то скорость, представленная, например, для 2500 об/мин прямой линией 3, параллель 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 4ной оси ординат, также служит границей возможных режимов работы.Воспламенение топлива должно происходить также, когда вспомогательная камера сгорания находится вне работы, этому состоянию соответствует ограничивающая кривая 4, (На фиг, 1 еще приведены кривые, соответствующие различным температурам выхлопа (400 и 500 С) и различным давлениям наддува).Кривая 3 представляет, очевидно, абсолютный предел работы двигателя, Область АВАР или область 1, заключенная внутри кривых 1, 2, 3 и 4, соответствует работе без заметного эффекта и участия камеры сгорания, последняя находится в погашенном состоянии или же в готовности. Область ОВЕ 6 или область 11 соответствует вступлению в работу дополнительной камеры сгорания для того, чтобы воспрепятствовать падению давления наддува Р, ниже установленного значения. Для работы в области ЛВС или области 1 Ч необходимо выбрасывать в атмосферу часть газов, поступающих в турбину для того, чтобы ограничить давление наддува до такого уровня, что максимальное давление сгорания в цилиндрах оставалось бы в допустимых пределах.В области ОВЙ или в области П 1 работа возможна только при условии применения предлагаемого изобретения, В этой области необходимо воспрепятствовать тому, чтобы температура выхлопа могла превысить максимально допустимое значение. Для этого давление наддува (и количество воздуха, потребляемое двигателем внутреннего сгорания), должно находиться на уровне, достаточном для того, чтобы довести температуру выхлопа до приемлемой величины, соответствующей линии 0 В на фиг, 1,Если предположить, что работе с постоянным крутящим моментом соответствует постоянная цикловая подача топлива (это может считаться точным лишь в первом приближении), то каждому значению цикловой подачи на фиг. 1 соответствуют пунктирные прямые типа прямой ОО, Если при работе с постоянным крутящим моментом число оборотов двигателя уменьшается по сравнению с максимальным, соответствующим точке и, то давление на выходе из компрессора, которое зависит от энергии выхлопных газов двигателя дизеля, также снижается, вследствие чего температура выхлопа возрастает, как это следует из положения линии ОН по отношению к кривым постоянной температуры выхлопа. Это измснение объясняется тем обстоятельством, что цикловая подача топлива сохраняется, а количество поступающего воздуха снижается вместе со снижением давления наддува Р,.Цель изобретения состоит в том, чтобы добиться включения в работу дополнительной камеры сгорания с момента, когда будет достигнута точка 1, соответствующая максимально еще допустимой температуре выхлопа, и воспрепятствовать продолжению падения давления наддува и росту температуры выше заданного уровня,Таким образом, если принять, что цикловая подача топлива может считаться величиной, постоянной для данного крутящего момента, то включение в работу дополнительной камеры сгорания, а также регулирование количества топлива, подаваемого в нее, могут быть осуществлены автоматической системой регулирования, связанной с органом дозирования цикловой подачи и с давлением наддува.Таким образом, предлагаемое устройство предназначено для того, чтобы изменять заданную величину давления наддува в зависимости от цикловой подачи топлива по закону, представленному на фиг. 3. Кривая содержит несколько характерных участков. Участок 1.М соответствует режиму работы мотогруппы с наддувом в области 11: дополнительная камера сгорания получает питание таким образом, чтобы поддерживать давление Р, на неизменной величине, которая гарантирует работу двигателя внутреннего сгорания по принципу дизеля в наиболее неблагоприятных для него условиях.Участок МР соответствует режиму работы в областях 1 и Ш, Минимальное давление наддува (т. е. заданное значение) должно в этих областях возрастать при увеличении Я,. При некотором данном значении Я, рабочая точка может находиться в зоне между 1 и М (фиг, 1), в таком случае выхлопных газов двигателя достаточно для осуществления этого условия. Она может быть также в области 111 (между точками О и 1 фиг. 1), в этом случае имеет место увеличение расхода топлива, подаваемого в камеру сверх расхода, соответствующего состоянию готовности, чтобы пополнить энергию, создаваемую двигателем, на столько больше, на сколько происходит удаление от области 1.Участок РР соответствует области 17,в которой производительность турбокомпрессора высока, и снижается давление наддува путем выпуска в атмосферу части сжатого воздуха, т. е. участок, на котором регулирование осуществляется без участия дополнительной камеры сгорания.Согласно схеме, показанной на фиг. 2 и выполненной на пневматических элементах двигатель 5 внутреннего сгорания снабжен механическим насосом 6, у которого орган дозирования цикловой подачи топлива представляет собой зубчатую рейку 7.Регулятор количества топлива, подаваемого в дополнительную камеру 8 сгорания, выполнен в ниде регулируемого дросселя 9, устайовленногон топливопроводе 10, подающемтопливо в камеру сгорания от насо Подвижная игла 20 снабжена штоком, ко торый пои помощи пружины прижат к торцу рейки, и при ее перемещении перемещается вместе с ним, изменяя сечение для утечки воздуха в атмосферу из резервуара 18, Путем подбора профиля иглы 20 и 45 штифта 12 можно обеспечить указанный нафиг. 3 необходимый закон изменения расхода топлива.Пневматическая следящая система имеет то преимущество, что для перестановки 50 иглы и штифта не требуются дополнительные усилия, так как в качестве рабочей среды, создающей перестановочные усилия, используется давление наддува.Подвижная игла 20 может быть обраще на своим острием в противоположную сторону, при этом должен быть изменен порядок подключения каналов 22 и 24 к камерам 15 и 16.Для создания наддува служит турбоком прессор, содержащий компрессор 25. под.ключенный к воздушному ресиверу 17 двигателя, и турбину 26, газоприемный патрубок 27, к которому подключена дополнительная камера 8 сгорания, сообщенная с 65 выхлопным коллектором 28 и ресивером 17 5 10 15 20 25 30 35 са 11, Сечение дросселя может регулироваться посредством перемещения конусного штифта 12. Этот штифт соединен с подвижной стенкой 13, которая разделяет две камеры в цилиндре 14, Одна из камер 15 соединена с источником эталонного давления, а другая 16 в с ресивером 17. Источник эталонного давления представляет собой резервуар 18, сообщенный с атмосферой при помощи регулируемого жиклера 19, подвижная игла 20 которого соединена с рейкой 7, Одновременно резервуар 18 связан с ресивером 17 при помощи жиклера 21 постоянного сечения, подключенного к каналу 22, соединяющему камеру 15 с резервуаром 18.Разность сил давлений, действующих на подвижную стенку 13 со стороны различных камер, уравновешивается упругой силой пружины 23. Давление в камере 15 равно давлению наддува, а давление в камере 15 зависит как от давления наддува, так и от положения подвижной иглы 20 регулируемого жиклера, связанной с органом дозирования цикловой подачи топлива. От разности давлений в камерах зависит положение подвижной стенки и соответственно положение конусного штифта 12 в дросселе 9.Таким образом, подвижная стенка и цилиндр с двумя камерами, подключенными к источникам различных значений давления, выполняют функцию задатчика режима работы регулятора количества топлива, а каналы 22 и 24, резервуар 18 и регулируемый жиклер 19 служат следящей системой, обеспечивающей соединение задатчика с органом дозирования.при помощи обводной трубы 29, В этой трубе предусмотрен дросселирующий орган 30.На фиг. 5 показан один из известных вариантов выполнения этого дросселирующего органа, средств управления его положением и их сочетание с одним из вариантов предлагаемого устройства. Регулятор количества топлива, подаваемого в дополнительную камеру сгорания, также выполнен в виде дросселя, установленного в топливопроводе, но не в напорной ветви (фиг. 2), а в магистрали слива избыточного топлива. В качестве точки отбора воздуха под давлением принята точка, расположенная между ресивером 17 и воздухоохладителем 31. Таким путем можно изб"жать того, чтобы элементы системы регулирования подвергались бы воздействию воздуха, имеющего высокую температуру, сжатого в компрессоре 25. Потеря давления при прохождении воздухоохладителя очень мала (обычно 1 - 2%) и она не нарушает работы органов регулирования.Возможно использование такого решения, когда устройство питания топливом двигателя и/или дополнительной камеры сгорания имеют электронную систему управления. Электрические средства управления позволяют одновременно легко и просто ввести дополнительный параметр коррекции, как например скорость двигателя, т.е. располагать не только одной кривой, показанной на фиг, 3, а кривой, которая смещается или деформируется в зависимости от скорости двигателя.На фиг. 6 представлена электрическая схема в упрощенном виде. Средства регулирования соответствуют случаю питания двигателя насосом с зубчатой рейкой. Они включают детектипующую схему, образованную мостиком Уитсона, у которого одно плечо содержит сопротивление 32, обладающее чувствительностью к значению давления наддува Р, и у которого смежное плечо содержит переменное сопротивление 33. Если предположить, что величина сопротивления 33 должна быть пропорциональна цикловой подаче топлива в цилиндры, то достаточно присоединить ползунок этого сопоотивления к зубчатой рейке насоса.Концы диагонали этого мостика соединены посредством сопротивлений 34 и 35 с входами дифференциального усилителя 36, который таким образом выдает выходное напряжение, пропорциональное напряжению неравновесия мостика, т. е, оазности между установленным значением (соответствующим величине сопротивления 33) давления наддува и реальным значением этого давления, котооое соответствует величине сопротивления 32, которое может быть выполнено в виде прибора для измерения напряженийй.Сигнал с выхода дифференциального усилитечя 36, который представляет собой ве. 5 10 15 20 25 зо 35 40 45 50 55 60 65 личину несоответствия, подается на генератор 37 напряжения, обладающий достаточной динамикой. Выход 38 генератора подключен к преобразователю 39 напряжение - частота, который питает двигатель 40 электроприводного объемного насоса 41 электрическим током постоянной силы, но с переменной частотой, изменяющейся по закону следующего типа: У=Уо+ЯУ, где У - напряжение.Электроприводной насос развивает таким образом производительность, пропорциональную частоте, электрического тока в цепи его питания, колеблющуюся между некоторым минимальным значением, соответствующим режиму нахождения камеры в состоянии готовности (когда частота равняется У,) и максимальным значением, соответствующим наиболее неблагоприятным условиям работы.Действие этого устройства сказывается немедленно: если зубчатая рейка насоса находится в таком положении, для которого давление наддува недостаточно, то напряжение несоответствия, приложенное к генератору 37, увеличивает выходное напряжение этого последнего, вызывает тем самым увеличение производительности, подаваемой насосом 41 до тех пор, пока давление наддува не достигнет величины, соответствующей установленному необходимому значению, и мостик не приходит вновь в равновесие. Наоборот, если давление наддува становится больше заданного значения, то генератор напряжения получает импульс несоответствия противоположного направ ления до тех пор, пока его выходное на. пряжение не придет к такой величине, при которой производительность насоса достаточна для того, чтобы давление наддува было бы равно требуемому заданному значению, за исключением того случая, когда вспомогательная камера сгорания уже возвратилась в режим готовности к действию, а давление наддува все еще продолжает превышать заданную величину.Таким образом, сопротивления 32 и ЗЗ служат преобразователями положения органа дозирования цикловой подачи и величины давления наддува в сигналы изменения электрического тока в цепи 37 - 38 - 39 - 40 питания электроприводного насоса и выполняют функцию следящей системы, а сам насос, вследствие того, что его производительность изменяется при изменении оборотов, служит регулятором количества топлива, подаваемого в дополнительную камеоу сгорания.Предположим, что двигатель работает вначале пои малой нагрузке и на малой скопости. В этом случае управляемый оператором регулятор скорости удерживает упор зубчатой рейки в таком положении, лри котором цикловая подача топлива далека от максимальной Если необходимоКПД. 10 увеличить скорость, то перемещают регулятор и зубчатую рейку с упором в направлении увеличения расхода (на фиг, 2 вправо), Зубчатая рейка перемещает подвижную иглу 20 вправо против действия возвратной пружины. Давление в камере 15 возрастает, конусный штифт 12 приподнимается и тем самым увеличивает проходное сечение для пропуска топлива в камеру 8 и его расход. Турбокомпреосор быстро набирает скорость и повышает давление наддува до величины, необходимой для предотвращения перегрева двигателя.По мере возрастания этого давления наддува также повышается и дифференциальное давление, которое воздействует на стенку 13 и стремится сократить сечение ,для прохода топлива.После того как намеченная скорость будет достигнута, зубчатая рейка устанавливается в новой позиции, соответствующей новому заданному значению давления наддува, и количество топлива для питания камеры 8 автоматически снижается до тех пор, пока давление наддува не будет приведено к заданной величине.Из-за малой инерции турбокомпрессоров их вхождение в режим происходит быстро, так что двигатель работает не более, чем несколько циклов при впрыскиваемом количестве, которое превосходит количество,соответствующее существующему давлению наддува. Эвентуально имеющееся несгоревшее топливо проходит из коллектора 28 выхлопных газов в камеру сгорания и догорает, что ускоряет набор скорости компрессором 25.Если неизбежно, чтобы необходимое давление наддува было установлено до возрастания количества топлива, впрыскиваемого в двигатель в течение одного цикла, то достаточно воздействовать на подвижную иглу 20, но не посредством зубчатой рейки, а с помощью органа ее регулирования, вставляя между этим органом и зубчатой рейкой амортизатор.Таким образом, каков бы ни был принятый тип исполнения, структура и функция предлагаемого устройства отличны от принятых ранее в системах защиты двигателей дизеля с наддувом и со вспомогательной камерой сгорания. Эту систему можно рассматривать как систему принудительного увеличения наддува пооредством ввода в действие вспомогательной камеры в случае возрастания количества топлива, поступающего к двигателю в течение цикла (которое является представительным для требуемого от двигателя момента вращения), систему, которая действует только в случае необходимости, Это избавляет от решения 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 вь,бора или самого низкого значения давления наддува, что вынуждало отказываться от использования части областей режима работы, или высокого значения минимальной величины, что приводило к излишнему потреблению топлива вспомогательной камерой сгорания и к существенному снижению Формула изобретения 1. Устройство для регулирования двигателя внутреннего сгорания, содержащее орган дозирования цикловой подачи топливав цилиндры и снабженный задатчиком режима работы регулятор количества топлива, подаваемого в дополнительную камерусгорания, подключенную к газовпускномупатрубку турбокомпрессора наддува и сообщенную с выхлопным коллектором и сресивером, отличающееся тем, что, сцелью повышения точности регулирования,задатчик режима работы подсоединен к органу дозирования цикловой подачи.2. Устройство по п, 1, отл и ч а ющее с ятем, что подсоединение задатчика к органудозирования выполнено в виде следящейсистемы,3. Устройство по п, 2, отл ич ающеес ятем, что следящая система дополнительносоединена с ресивером.4. Устройство по пп, 1 - 3, о т л и ч а ющ е е с я тем, что регулятор выполнен в виде дросселя, установленного в топливопроводе, а следящая система и задатчик - ввиде подсоединенной к дросселю подвижнойстенки, размещенной между камерами, одна из которых сообщена с источником эталонного давления, а другая - с ресивером.5. Устройство по п, 4, отл ич а ю щеес ятем, что источник эталонного давления выполнен в виде резервуара, сообщенного сатмосферой при помощи регулируемогожиклера, подвижная игла которого кинематически соединена с органом дозированияцикловой подачи, и дополнительно сообщенного с ресивером при помощи жиклерапостоянного сечения.6. Устройство по пп. 1 - 3, отл ич а ющ е е с я тем, что регулятор количества топлива, подаваемого в дополнительную камеру сгорания, выполнен в виде электроприводного насоса, а следящая система - в виде преобразователей положения органа дозипования цикловой подачи и величиныдавления наддува в сигналы измененияэлектрического тока в пепи его питания,Источники информации,принятые во внимани пои экспертизе1. Патент Швейцарии Мо 565940, кл. Р 02 В3702, опублик, 1972,каз 1129/11 Изд,367 Тираж 627 НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5ипография, пр. Сапунова, р Подписно крытий