Способ стабилизации минимального удельного расхода топлива двигателем внутреннего сгорания и устройство для его осуществления

 

Использование: машины и машинные агрегаты с двигателями внутреннего сгорания, снабженными ступенчатой коробкой передач и бесступенчатым вариатором скорости. Сущность изобретения: в способе стабилизации минимального удельного расхода топлива двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и устройстве для его осуществления при заданном положении топливоподающего органа задают значение частоты вращения вала двигателя, соответствующее минимальному расходу топлива, сравнивают измеренное значение с заданным, разностный сигнал управляет вариатором скорости, формируя требуемую механическую характеристику, одновременно измеренное значение частоты вращения сравнивают с величиной допустимого отклонения данного параметра от заданного, при превышении которого вырабатывается сигнал управления коробкой передач. Изобретение исключает работу ДВС в переходных режимах. 2 с.п. ф-лы. 2 ил.

Изобретение относится к области использования двигателей внутреннего сгорания в машинах и машинных агрегатах различного назначения, в частности, предназначено для применения в транспортных средствах, снабженных коробкой передач со ступенчатым изменением передаточного числа и вариатором с бесступенчатым регулированием частоты вращения.

Известен способ повышения экономичности машины, заключающийся в изменении скорости движения транспортного средства при изменении тягового усилия [1, рис. Х.8] Недостатком данного способа является необходимость иметь коробку передач с большим количеством передач и сложную систему автоматического включения соответствующей передачи в зависимости от нагрузочного режима.

Известен способ автоматического управления коробкой передач [1, рис. Х. 10] (передача Левина), обеспечивающий работу коробки передач с достаточно высоким коэффициентом полезного действия. Однако этот способ требует муфты свободного хода, что ограничивает возможности использования передачи и является недостатком.

Известны устройство и способ повышения топливной экономичности транспортных средств с дизельным двигателем [2] заключающийся в том, что дополнительно с использованием всережимного регулятора частоты вращения, воздействующего на положение рейки топливного насоса, измеряется момент на валу, соединяющем маховик дизеля с насосным колесом гидротрансформатора (ГТ), вырабатывается электрический сигнал, пропорциональный моменту на коленчатом валу, который воздействует на соленоид, связанный с рейкой топливного насоса, изменяя тем самым подачу топлива.

Данное техническое решение по своей сущности ближе всего к предлагаемому и принято за прототип. Существенным недостатком прототипа является необходимость управления положением топливоподающего рабочего органа при изменении нагрузки на коленчатом валу.

Цель изобретения снижение удельного расхода топлива и оптимизация режима работы двигателя внутреннего сгорания на транспортном средстве, снабженном ступенчатой коробкой передач и вариантом с бесступенчатым изменением частоты вращения при переменном характере нагрузки.

Поставленная цель при использовании предлагаемого способа достигается тем, что при изменении величины нагрузки на валу коробки передач, передаваемой на выходной вал вариатора (например, турбинный вал ГТ) изменяется и частота вращения входного вала вариатора (насосного вала ГТ), которая фиксируется датчиком частоты вращения, выходной сигнал датчика частоты вращения сравнивается с сигналом задания, определяемого установленным положением топливоподающего рабочего органа, разностный сигнал, усиленный до необходимой величины, поступает на вход управления вариатора (реактор ГТ), изменяя тем самым его механическую характеристику, приводя ее к обратно пропорциональной зависимости частоты вращения от момента сопротивления, стабилизируя тем самым частоту вращения входного вала вариатора (насосного вала ГТ).

Поставленная цель достигается также и тем, что устройство стабилизации режима работы ДВС снабжено релейным элементом (двухпороговым компаратором с гистерезисом), связанным своими выходами посредством усилителей со входом управления коробкой передач. При этом входным сигналом для компаратора служит отклонение частоты вращения насосного вала ГТ от заданной на существенную величину, когда регулирующие возможности вариатора (ГТ) исчерпаны и изменение величины момента сопротивления не может быть скомпенсировано изменением механической характеристики вариатора при сохранении неизменной величины частоты вращения насосного вала. В этом случае отклонение частоты вращения поступает на вход релейного элемента, вызывает его срабатывание, выходной усиленный сигнал поступает на механизм управления коробкой передач, вызывая изменение передаточного числа коробки передач (путем включения соответствующей передачи), приводя тем самым в соответствие момент сопротивления и момент, развиваемый двигателем внутреннего сгорания при обеспечении минимального удельного расхода топлива.

Заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что оно содержит датчик частоты вращения насосного вала ГТ, устройство сравнения измеренной частоты вращения с предварительно заданной, устройство сравнения разницы заданной и измеренной частоты вращения с предварительно заданным значением, причем первый вход устройства сравнения заданной и измеренной частот вращения подключен к выходу датчика частоты вращения, второй вход устройства сравнения подключен к выходу топливоподающего рабочего органа, выход устройства сравнения частот вращения подключен к входу усилителя, нагруженного на управляемый реактор ГТ, одновременно выход устройства сравнения частот вращения подключен к первому входу релейного элемента, на второй вход которого подано предельно допустимое значение отклонения, выходы релейного элемента подключены к входам усилителей, нагруженных на входы устройства управления передаточным числом коробки передач.

Принципиальной отличительной особенностью предлагаемого способа является то, что стабилизация режима работы двигателя в отличие от прототипа осуществляется не за счет управляющего воздействия на топливоподающий рабочий орган, а путем автоматического управления элементами трансмиссии.

Эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "новизна". Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежных областей техники, следовательно, обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия".

Предлагаемый способ реализуется устройством, структурная схема которого представлена на фиг. 1. На фиг. 2 показаны: 1 внешняя характеристика М=f(), 2 регуляторные ветви характеристик М=f(w), 3 регуляторные ветви характеристик g=f(w), 4 внешняя характеристика g=f(w), где М и w соответственно момент на валу и частота вращения двигателя, g удельный расход топлива двигателем.

Устройство (фиг. 1) содержит задатчик положения 1 топливоподающего органа с выходным сигналом h, преобразователь 2 положения топливоподающего органа в сигнал задания угловой частоты вращения выходного вала ДВС, сравнивающее устройство 3 с выходным сигналом Dw= _зад-₂, преобразователь 4 сигнала задания в сигнал управления h₁ реактором ГТ 5, имеющего датчик 6 частоты вращения с выходным сигналом w₂, релейный элемент 7.1 сравнивающий значение с предельно допустимым значением Dw_пр, преобразователь 7.2 сигнала = -_пр в сигнал управления коробкой передач 9.

Устройство работает следующим образом.

С помощью блока 1 задается определенное положение топливоподающего рабочего органа (ТПРО) (дроссель в карбюраторном ДВС, система, устанавливающая натяжение пружины всережимного центробежного регулятора ТНВД, в дизеле и т. п.). Сигнал h положения ТПРО 1 поступает к задатчику 2 частоты вращения, который устанавливает заданную _зад частоту вращения вала двигателя, при которой обеспечивается близкий к минимальному удельный расход топлива (см. фиг. 2).

При частоте вращения насосного вала ГТ 5, равной заданной, устанавливается определенное положение управляемого реактора гидротрансформатора. Изменение момента Мс(t), передаваемого от коробки передач 9 на ГТ 5, вызывает изменение частоты вращения ₁ насосного вала. Изменение ₁ фиксируется датчиком 6 и в виде сигнала ₂ поступает в блок 3 сравнения.

В случае рассогласования сигналов _зад и ₂ вырабатывается сигнал , поступающий на усилитель 4, где вырабатывается управляющее воздействие h₁, передаваемое на управляемый реактор ГТ 5, поворот лопастей реактора изменяет механическую характеристику ГТ, чем обеспечивается выведение насосного колеса на заданную частоту w₁ вращения.

Если происходит существенное изменение уровня входной величины Мс₁(t) и регулирующие возможности ГТ оказываются исчерпанными, возникает нерегулируемое изменение частоты ₁. Как только указанная величина превысит заданное значения отклонения _пр, в работу включается релейный элемент 7, вырабатывающий сигнал Н₁ и H₂, которые усиленные машинными усилителями 8.1 и 8.2 обеспечивают соответствующее переключение передачи, благодаря чему изменяется уровень сигнала Мс₂(t), который приводится к диапазону, где обеспечивается регулирование величины ₁.

Предлагаемые способ и устройство обеспечивают оптимизацию работы ДВС, заключающуюся в том, что управляют ГТ и коробкой передач при неизменном положении топливоподающего рабочего органа, таким образом, что обеспечивается работа ДВС на части регуляторной ветви скоростных характеристик, определяемой величиной (фиг. 2), где удельный расход топлива близок к минимальному, а частота вращения насосного вала, а, следовательно, и двигателя квазипостоянна. Последнее исключает работу ДВС на неэкономичных переходных режимах в условиях непрерывно меняющегося момента сопротивления.

Формула изобретения

1. Способ стабилизации минимального удельного расхода топлива двигателем внутреннего сгорания путем автоматического регулирования режима его работы на основе обратной связи с элементом трансмиссии, отличающийся тем, что при заданном положении топливоподающего рабочего органа задают значение частоты вращения вала двигателя, соответствующее минимальному удельному расходу топлива, измеряют частоту вращения этого вала при изменяющемся внешнем моменте сопротивления, сравнивают измеренное значение частоты вращения с заданным, разностный сигнал усиливают и подают на вход управления бесступенчатого вариатора скорости, изменяют его механическую характеристику, приводя ее в соответствие к виду обратно пропорциональной зависимости частоты вращения выходного вала вариатора от момента сопротивления, одновременно измеренное значение частоты вращения входного вала вариатора (вала двигателя) сравнивают с величиной допустимых отклонений данного параметра от заданных, при превышении которых вырабатывают сигнал, вызывающий переключение коробки передач, и приводят величину момента сопротивления к диапазону, в котором обеспечивается бесступенчатое регулирование частоты вращения выходного вала вариатора.

2. Устройство стабилизации минимального удельного расхода топлива двигателем внутреннего сгорания, содержащее топливоподающий рабочий орган, снабженный системой автоматического регулирования с обратной связью с элементом трансмиссии, ступенчатую коробку передач и вариатор с бесступенчатым регулированием частоты вращения, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено преобразователем положения топливоподающего рабочего органа в сигнал задания частоты вращения двигателя, датчиком частоты вращения входного вала вариатора (вала двигателя), устройством сравнения частоты вращения входного вала с заданной, преобразователем, управляющим механической характеристикой вариатора, устройством сравнения разности частот вращения с допустимой, преобразователем, управляющим механизмом переключения коробки передач, причем выход устройства сравнения частоты вращения вала двигателя с заданной связан с преобразователем разности частот вращения в сигнал управления механизмом, изменяющим механическую характеристику вариатора, и с первым входом устройства сравнения разности частот вращения с максимально допустимой, выход которого связан с входом преобразователя сигнала сравнения в сигнал управления коробкой передач.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2