RU2023188C1

RU2023188C1 - Device for regulation of output power of internal combustion engine

Info

Publication number: RU2023188C1
Application number: RU93025206A
Authority: RU
Inventors: Гаджикадир Алиярович Ибадуллаев
Original assignee: Гаджикадир Алиярович Ибадуллаев
Priority date: 1993-04-29
Filing date: 1993-04-29
Publication date: 1994-11-15

Abstract

FIELD: internal combustion engine. SUBSTANCE: device has intake valves 1, camshaft with cams 2, drive mechanisms of intake valves with rocker arms 3 and actuators 4 connected with control unit 5. Cam angular position sensors 6, cylinder limiting and minimum pressure sensors 7, sensors 8 of engine power control member 9 and load sensors 10 are connected with control unit 5. At nominal power modes, valves 1 are opened by cams 2 and at modes of partial loads (depending on the amount of load), intake valves 1 bypass part of fresh charge into intake manifold of the engine during the compression stroke, thus regulating the optimal amount of fresh charge required for this load. Control unit is provided with load sensor signal converter, actuator connecting circuit with switchgear and D-flip-flop. EFFECT: enhanced efficiency. 9 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к устройствам для регулирования выходной мощности двигателей внутреннего сгорания (ДВС). The invention relates to engine building, and in particular to devices for regulating the output power of internal combustion engines (ICE).

Известно устройство для управления выходной мощностью двигателей внутреннего сгорания, содержащее блок управления с датчиками параметров работы ДВС, исполнительные механизмы газораспределительных клапанов, связанные с блоком управления [1]. A device for controlling the output power of internal combustion engines, comprising a control unit with sensors of operation parameters of the internal combustion engine, actuators of gas distribution valves associated with the control unit [1].

Недостатком известного устройства является малая эффективность и надежность работы, поскольку на всех режимах работы двигателя используется сложный механизм управления газораспределительных клапанов, использующий гидравлические или пневматические исполнительные механизмы, а также в процессе работы не определяется оптимальное количество свежего заряда впускаемого в цилиндры двигателя. A disadvantage of the known device is its low efficiency and reliability, since all engine operating modes use a complex gas valve control mechanism using hydraulic or pneumatic actuators, and the optimal amount of fresh charge into the engine cylinders is not determined during operation.

Известно устройство, позволяющее регулировать мощность двигателя, наиболее близкое заявленному и принятое за прототип [2], содержащее впускные клапаны механизма газораспределения, вал с кулачками, механизмы приводов впускных клапанов от кулачков, выполненные с возможностью разъединения кинематической связи клапанов с кулачками, исполнительные механизмы выполненные с возможностью принудительного открытия клапанов, причем число исполнительных механизмов равно числу цилиндров двигателя. Прототип позволяет использовать как распределительный вал для привода клапанов механизма, так и исполнительные механизмы для регулирования мощности и в частности путем изменения наполнения цилиндров. Однако прототип не позволяет решить задачу оптимального наполнения цилиндров в зависимости от изменения нагрузки. A device is known that allows you to adjust the engine power that is closest to the declared and adopted for the prototype [2], containing the intake valves of the gas distribution mechanism, a shaft with cams, the mechanisms of the intake valves from the cams, configured to disconnect the kinematic connection of the valves with the cams, actuators made with the possibility of forced opening of the valves, and the number of actuators is equal to the number of engine cylinders. The prototype allows you to use both the camshaft to drive the valves of the mechanism, and actuators to control power, and in particular by changing the filling of the cylinders. However, the prototype does not allow to solve the problem of optimal filling of the cylinders, depending on changes in load.

Целью изобретения является повышение эффективности регулирования в зависимости от изменения нагрузки одновременно при сохранении надежности работы вследствие использования распределительного вала при номинальной нагрузке. The aim of the invention is to increase the efficiency of regulation depending on changes in load while maintaining reliability due to the use of a camshaft at rated load.

Это достигается за счет того, что в устройстве, содержащем впускные клапаны механизма газораспределения, распределительный вал с кулачками, механизмы приводов впускных клапанов от кулачков, выполненные с возможностью разъединения кинематической связи клапанов с кулачками, исполнительные механизмы с управляющим устройством, выполненные с возможностью принудительного открытия клапанов, причем число исполнительных механизмов выполнено равным числу цилиндров двигателя, управляющее устройство выполнено в виде блока управления, датчиков углового положения кулачков, датчиков предельного и минимального давления в цилиндрах, датчика нагрузки и датчика положения органа управления мощностью двигателя, связанных с блоком управления, последний содержит преобразователь сигнала датчика нагрузки с информационными выходами и схему включения исполнительного механизма, выполненную в виде первого коммутационного устройства с информационными входами, соединенными с датчиками предельного давления, второго коммутационного устройства с информационными входами, подключенными к датчикам минимального давления, D-триггера, информационный вход которого соединен с датчиком положения органа управления мощностью двигателя, управляющий вход - с датчиком углового положения кулачка, вход синхронизации - с выходом первого коммутационного устройства, а вход обнуления - с выходом второго коммутационного устройства, причем управляющие входы коммутационных устройств соединены с информационными выходами преобразователя сигнала. Первое и второе коммутационные устройства выполнены в виде мультиплексоров, датчик нагрузки - в виде тахогенератора, а преобразователь сигнала датчика нагрузки - в виде последовательно соединенных преобразователя частота-напряжение и аналого-цифрового преобразователя. Исполнительные механизмы выполнены с пневматическим приводом и с электромагнитным приводом. Механизмы привода клапанов выполнены с коромыслами в виде одноплечих рычагов, а исполнительные механизмы и кулачки расположены с возможностью взаимодействия с плечом рычага. Коромысла выполнены в виде двуплечих рычагов, а исполнительные механизмы и кулачки расположены по разные стороны от рычагов с возможностью взаимодействия с различными плечами последних. Для бензиновых двигателей внутреннего сгорания со степенями сжатия, равными 6-7, датчики минимального давления выполнены с пороговыми значениями срабатывания, равными 9±0,5 кг/см². Для дизельных двигателей внутреннего сгорания датчики минимального давления выполнены с пороговыми значениями срабатывания, равными 29±0,5 кг/см².This is achieved due to the fact that in the device containing the intake valves of the gas distribution mechanism, a camshaft with cams, mechanisms for driving the intake valves from the cams, configured to separate the kinematic connection of the valves with the cams, actuators with a control device configured to force the valves to open moreover, the number of actuators is made equal to the number of engine cylinders, the control device is made in the form of a control unit, a sensor in the angular position of the cams, the sensors of the maximum and minimum pressure in the cylinders, the load sensor and the position sensor of the engine power control associated with the control unit, the latter contains a signal converter of the load sensor with information outputs and an actuator switching circuit made in the form of the first switching device with information inputs connected to limit pressure sensors of a second switching device with information inputs connected to minimum pressure sensors, D-flip-flop, the information input of which is connected to the position sensor of the engine power control element, the control input - to the cam angle sensor, the synchronization input - to the output of the first switching device, and the zeroing input - to the output of the second switching device, the inputs of the switching devices are connected to the information outputs of the signal converter. The first and second switching devices are made in the form of multiplexers, the load sensor is in the form of a tachogenerator, and the load sensor signal converter is in the form of a frequency-voltage converter and an analog-to-digital converter connected in series. Actuators are made with pneumatic drive and with electromagnetic drive. The valve drive mechanisms are made with rockers in the form of single-arm levers, and actuators and cams are arranged to interact with the lever arm. The rocker arms are made in the form of two shoulders levers, and actuators and cams are located on different sides of the levers with the possibility of interaction with different shoulders of the latter. For gasoline internal combustion engines with compression ratios of 6-7, the minimum pressure sensors are made with threshold values of 9 ± 0.5 kg / cm ² . For diesel internal combustion engines, the minimum pressure sensors are made with threshold values of response equal to 29 ± 0.5 kg / cm ² .

На фиг. 1 показана схема устройства с примером конкретного выполнения привода впускных клапанов с коромыслом в виде двуплечего рычага; на фиг.2 - блок управления; на фиг.3 - схема устройства с примером конкретного выполнения привода впускных клапанов с коромыслом в виде одноплечего рычага. In FIG. 1 shows a diagram of a device with an example of a specific embodiment of the intake valve actuator with a rocker arm in the form of a two-shouldered lever; figure 2 - control unit; figure 3 is a diagram of a device with an example of a specific implementation of the inlet valve actuator with a beam in the form of a single arm.

Устройство для регулирования выходной мощности двигателя внутреннего сгорания содержит впускные клапаны 1 механизма газораспределения, распределительный вал с кулачками 2, механизмы приводов впускных клапанов с коромыслами 3, исполнительные механизмы 4, которые могут быть выполнены с гидравлическими (как в прототипе) или пневматическими, или гидравлическими приводами, число исполнительных механизмов равно числу цилиндров двигателя или кратно числу цилиндров, работающих одновременно. A device for controlling the output power of an internal combustion engine contains intake valves 1 of the gas distribution mechanism, a camshaft with cams 2, intake valve mechanisms with rocker arms 3, actuators 4, which can be made with hydraulic (as in the prototype) or pneumatic or hydraulic drives , the number of actuators is equal to the number of engine cylinders or a multiple of the number of cylinders operating simultaneously.

Управляющее устройство выполнено в виде блока управления 5, датчиков 6 углового положения кулачков, датчиков 7 предельного и минимального давления в цилиндрах и датчиков 8 положения органа 9 управления мощностью двигателя, датчиков 10 нагрузки. The control device is made in the form of a control unit 5, sensors 6 of the angular position of the cams, sensors 7 of the maximum and minimum pressure in the cylinders and sensors 8 of the position of the body 9 of the engine power control, sensors 10 load.

Блок управления 5 содержит преобразователь 11 сигнала датчика нагрузки с информационными выходами и схему 12 включения исполнительного механизма, содержащую первое коммутационное устройство 13 с информационными входами, соединенными с датчиками предельного давления, и второе коммутационное устройство 14 с информационными входами, подключенными к датчикам минимального давления, D-триггер 15, информационный вход которого подключен к датчику 8 положения органа 9 управления мощностью двигателя, управляющий вход - к датчику 6 углового положения кулачка, вход синхронизации - к выходу первого коммутационного устройства 13, а вход обнуления - к выходу второго коммутационного устройства 14, причем управляющие входы коммутационных устройств соединены с информационными выходами преобразователя сигнала датчика нагрузки. Количество схем 12 в блоке управления равно числу цилиндров в двигателе, а количество информационных входов в каждом из коммутационных устройств соответствует числу пар датчик предельного давления - датчик минимального давления, расположенных в каждом из цилиндров. Первое 13 и второе 14 коммутационные устройства могут быть выполнены в виде мультиплексоров. В состав схемы 12 включения исполнительного механизма входят формирователи сигналов 16-19, усилитель мощности 20. Преобразователь 11 сигнала датчика нагрузки выполнен в виде последовательно соединенных преобразователя 21 частота-напряжение и аналого-цифрового преобразователя 22. Датчик нагрузки выполнен в виде тахогенератора. The control unit 5 comprises a load sensor signal converter 11 with information outputs and an actuator switching circuit 12 comprising a first switching device 13 with information inputs connected to pressure sensors and a second switching device 14 with information inputs connected to minimum pressure sensors, D trigger 15, the information input of which is connected to the sensor 8 of the position of the body 9 of the engine power control, the control input to the sensor 6 of the angular position cam, the synchronization input is to the output of the first switching device 13, and the zeroing input is to the output of the second switching device 14, and the control inputs of the switching devices are connected to the information outputs of the load sensor signal converter. The number of circuits 12 in the control unit is equal to the number of cylinders in the engine, and the number of information inputs in each of the switching devices corresponds to the number of pairs of maximum pressure sensors - minimum pressure sensors located in each of the cylinders. The first 13 and second 14 switching devices can be made in the form of multiplexers. The actuator switching circuit 12 includes signal shapers 16-19, a power amplifier 20. The load sensor signal converter 11 is made in the form of a frequency-voltage converter 21 and an analog-to-digital converter 22 connected in series. The load sensor is made in the form of a tachogenerator.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При номинальной мощности двигателя впускные 1 и выпускные (не показаны) клапаны механизма газораспределения работают обычным образом от кулачков 2 распределительного вала. At rated engine power, the intake 1 and exhaust (not shown) valves of the gas distribution mechanism operate in the usual way from the camshafts 2.

При переходе двигателя на режим частичных нагрузок, происходит перемещение органа 9 управления мощностью двигателя, срабатывает датчик 8, который подает сигнал на блок управления 5. В блок управления 5 поступает сигнал с датчика 10 величины нагрузки (например, по частоте вращения коленчатого вала). Исходя из величины значения нагрузки блок 5 выбирает количество свежего заряда, оптимального для данной нагрузки (например, по величине давления в конце такта сжатия). При этом при начале движения поршня двигателя от ВМТ к НМТ кулачок 2 открывает впускной клапан 1, обеспечивая начало впуска свежего заряда, и закрывает его при подходе поршня к НМТ. When the engine switches to partial load mode, the engine power control body 9 is moved, the sensor 8 is activated, which sends a signal to the control unit 5. The control unit 5 receives a signal from the load value sensor 10 (for example, according to the crankshaft speed). Based on the value of the load value, block 5 selects the amount of fresh charge optimal for a given load (for example, by the value of pressure at the end of the compression stroke). In this case, at the beginning of the movement of the engine piston from TDC to BDC, cam 2 opens the intake valve 1, providing the beginning of the intake of fresh charge, and closes it when the piston approaches the BDC.

При начале такта сжатия кулачок 2 закрывает впускной клапан 1, при этом в цилиндре двигателя начинает расти давление, при достижении оптимального количества свежего заряда срабатывает датчик 7 предельного давления, который подает разрешительный сигнал на блок 5, который в свою очередь подает сигнал на исполнительный механизм 4. At the beginning of the compression stroke, cam 2 closes the inlet valve 1, while the pressure in the engine cylinder starts to increase, when the optimum amount of fresh charge is reached, the limit pressure sensor 7 is activated, which sends an enable signal to block 5, which in turn sends a signal to the actuator 4 .

Механизм 4, воздействуя на коромысло 3, принудительно открывает впускной клапан 1, перепуская часть свежего подогретого заряда во впускной коллектор двигателя, после падения давления ниже допустимого предела датчик 7 прекращает подачу разрешительного сигнала в блок 5, который в свою очередь прекращает подачу сигнала в механизм 4, в результате чего клапан 1 закрывается. Mechanism 4, acting on the rocker 3, forcibly opens the intake valve 1, passing part of the fresh heated charge into the engine intake manifold, after the pressure drops below the allowable limit, the sensor 7 stops supplying the enable signal to block 5, which in turn stops the signal to the mechanism 4 causing the valve 1 to close.

Блок управления функционирует следующим образом. The control unit operates as follows.

В режиме номинальной мощности напряжение на выходе D-триггера 15 соответствует нулевому уровню и исполнительный механизм 4 отключается. При переходе двигателя на режим частичной нагрузки единичный сигнал поступает на информа- ционный вход D-триггера 15 с датчика 8 положения органа управления мощностью двигателя. Во время такта сжатия (при наличии единичного сигнала с датчика 6 углового положения кулачка) в момент срабатывания датчика 7 предельного давления D-триггер переключается и блок управления выдает сигнал включения исполнительного механизма 4. При уменьшении давления и срабатывании датчика 7 D-триггер 15 обнуляется и исполнительный механизм 4 отключается. In the nominal power mode, the voltage at the output of the D-trigger 15 corresponds to the zero level and the actuator 4 is turned off. When the engine enters the partial load mode, a single signal is fed to the information input of the D-trigger 15 from the sensor 8 of the position of the engine power control. During the compression stroke (in the presence of a single signal from the sensor 6 of the angular position of the cam) at the moment the sensor 7 of the maximum pressure is triggered, the D-trigger switches and the control unit generates an actuator enable signal 4. When the pressure decreases and the sensor 7 is triggered, the D-trigger 15 is reset the actuator 4 is disabled.

С помощью последовательно соединенных преобразователя 21 и аналого-цифрового преобразователя 22 формируется цифровой код, характеризующий частоту вращения двигателя, управляющий коммутационными устройствами 13 и 14. Using a series-connected converter 21 and analog-to-digital converter 22, a digital code is generated that characterizes the engine speed, controlling the switching devices 13 and 14.

В зависимости от частоты вращения двигателя к входам синхронизации и обнуления D-триггера 15 подключаются те или иные датчики предельного и минимального давлений. Depending on the engine speed, to the inputs of synchronization and zeroing of the D-flip-flop 15 are connected certain sensors of the limiting and minimum pressures.

Таким образом устройство позволяет регулировать оптимальное количество свежего заряда. Thus, the device allows you to adjust the optimal amount of fresh charge.

Claims

1. DEVICE FOR REGULATING THE OUTPUT POWER OF THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE, containing the intake valves of the gas distribution mechanism, a camshaft with cams, the mechanisms of the inlet valve drives from the cams, configured to disconnect the kinematic connection of the valves with the cams, actuating mechanisms with a control device valves, and the number of actuators is equal to the number of engine cylinders, characterized in that the control device your is made in the form of a control unit, sensors of the angular position of the cams, sensors of maximum and minimum pressure in the cylinders, a load sensor and a position sensor of the engine power control associated with the control unit, the latter contains a signal converter of the load sensor with information outputs and an actuator switching circuit, made in the form of a first switching device with information inputs connected to limit pressure sensors, a second switching device VA with information inputs connected to the minimum pressure sensors, a D-flip-flop, the information input of which is connected to the position sensor of the engine power control unit, the control input - with the cam angle sensor, the synchronization input - with the output of the first switching device, and the zeroing input - with the output of the second switching device, and the control inputs of the switching device are connected to the information outputs of the signal converter.

2. The device according to claim 1, characterized in that the first and second switching devices are made in the form of multiplexers, the load sensor is in the form of a tachogenerator, and the signal converter of the load sensor is in the form of a series-connected frequency-voltage converter and an analog-to-digital converter.

3. The device according to claims 1 and 2, characterized in that the actuators are made with a pneumatic drive.

4. The device according to claims 1 and 2, characterized in that the actuators are made with an electromagnetic drive.

5. The device according to paragraphs. 1 to 4, characterized in that the valve drive mechanisms are made with rockers.

6. The device according to claim 5, characterized in that the rocker arms are made in the form of single-arm levers, and the actuators and cams are arranged to interact with the lever arm.

7. The device according to claim 5, characterized in that the rocker arms are made in the form of two shoulders levers, and actuators and cams are located on opposite sides of the levers with the possibility of interaction with different shoulders of the latter.

8. The device according to claims 1 to 7, characterized in that for gasoline internal combustion engines with compression ratios of 6 to 7, the minimum pressure sensors are made with threshold values of 9 ± 0.5 kg / cm ² .

9. The device according to claims 1 to 7, characterized in that for diesel internal combustion engines the minimum pressure sensors are made with threshold values of 29 ± 0.5 kg / cm ² .