Что такое фазовращатель в двс: Что такое фазовращатель в двигателе?

Что такое фазовращатель в двигателе?

Эффективность ДВС во многом зависит от того, насколько хорошо отводятся отработанные газы и подается свежая воздушная смесь. Этим занимается ГРМ, и при хорошей настройке механизм показывает хорошие результаты. Однако повышение мощности и эффективности движка требует применения усовершенствованных узлов, и именно таким является фазовращатель.

Зачем нужен фазовращатель и что это такое

Не секрет, что инженеры берут усредненные показатели при проектировании любого двигателя. Это значит, при любых оборотах обычного двигателя время открытия впускного и выпускного клапанов останется одинаковым. Это значительно сокращает затраты на производство, но высокой эффективность подобный движок похвастаться не сможет.

Фазовращатель устанавливается для того, чтобы регулировать время открытия и закрытия клапанов, а также добиться отсутствия перекрытия – одновременного открывания обоих видов клапанов. Это муфта, которая устанавливается на конец распредвала и немного сдвигает его, позволяя открывать клапана в определенный момент. Может устанавливаться на оба распредвала либо же только на один. Управлением занимается бортовой компьютер.

Основные конструкции фазовращателя

Предназначение у любого фазовращателя одинаковое, а вот конструкция может быть разная:

• гидравлические. Имеет муфту со смещающимися корпусом и ротором. Подключается к системе смазывания мотора, в зависимости от накачки масла поворачивает распредвал;
  
• с разными кулачками. У этой системы разные профиля кулачков на распредвалу для каждого газоотводного клапана, а также разные коромысла. При повышении оборотов разница уменьшается, а ширина фазы уменьшается;
  
• система MultiAir. У такой конструкции впускного распредвала нет вообще, а наличный на выпуске вал управляет обоими процессами: выпуском механически, а впуском – посредством электро- гидравлической системы.
  

Система распределения газов без валов

Есть фазовращатель, у которого нет не только распределительных валов, но и дросселя, и привода ГРМ в виде цепи или ремня. Положение клапанов регулируется датчиком движения и пневматической пружиной с электромагнитным приводом. Каждый клапан регулируется бортовым компьютером отдельно, скорость реакции очень большая, а смещение положения может быть любым. В результате работе клапанов впуска и выпуска газов регулируется очень точно. Пока такая система очень дорогая и встречается только в суперкарах.

В магазине «Питстор» в продаже найдутся качественные расходные жидкости в виде моторного и трансмиссионного масла, омывателей и прочей автохимии, которая поможет поддерживать любой автомобиль в исправном рабочем состоянии. У нас можно купить по отличной цене и другие мелкие предметы, нужные для ухода за машиной, скрытия внешних повреждений и украшения экстерьера. Загляните в каталог – и вы точно не останетесь разочарованными ни качеством наших товаров, но их привлекательной стоимостью!

Принцип работы фазовращателя

Для чего нужны фазовращатели

ФАЗОВРАЩА́ТЕЛЬ — уст­рой­ст­во для из­ме­не­ния фа­зы элек­трических (элек­тро­маг­нит­ных) ко­ле­ба­ний. При­ме­ня­ет­ся в ав­то­ма­ти­ке, пре­об­ра­зо­вательной, из­ме­рительной и СВЧ-тех­ни­ке для из­ме­не­ния фор­мы вход­но­го сиг­на­ла, ком­пен­са­ций фа­зо­вых ис­ка­жений сиг­на­лов, фа­зо­вой мо­ду­ля­ции, соз­да­ния за­дан­ных фа­зо­вых сдви­гов сиг­на­лов в ко­ге­рент­ных ра­дио­сис­те­мах (напр., в фа­зи­ро­ван­ных ан­тен­ных ре­шёт­ках) и др.

• Для чего нужны фазовращатели
• Для чего необходима система изменения фаз газораспределения
• Системы изменения фаз газораспределения
• Фазовращатели ГРМ
• Система ступенчатого изменения фаз газораспределения
• Трехступенчатое регулирование фаз газораспределения
• Системы изменения фаз газораспределения
• Источники:

Большинство современных ДВС все более активно получают систему изменения фаз газораспределения.

Фиксированные фазы газораспределения заставляют конструкторов ДВС проектировать мотор так, чтобы присутствовала уверенная тяга в диапазоне низких и средних оборотов, но при этом оставался запас мощности для поддержания набранной скорости и дальнейшего ускорения автомобиля при выходе ДВС на режимы около зоны максимальных оборотов.  

Система изменения фаз газораспределения VVT (англ. Variable Valve Timing) создана для динамичной корректировки рабочих параметров механизма газораспределения.

Данное управление осуществляется с учетом различных режимов работы силового агрегата.

Эта система позволяет добиться повышения мощности мотора и моментной характеристики. Она обеспечивает экономию горючего, а также снижает токсичность выхлопных газов в процессе работы двигателя.

Кроме этого, она влияет на основные параметры работы газораспределительного механизма. К таким параметрам относят моменты открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов, длительность времени открытия клапана и высоту его подъема. От этого зависит продолжительность такта впуска и выпуска, что выражается тем углом, на который повернут коленчатый вал двигателя по отношению к мертвым точкам (ВМТ и НМТ) во время движения поршня в цилиндре. Форма кулачка распределительного вала определяет фазу газораспределения, так как указанный кулачок оказывает прямое воздействие на впускной или выпускной клапан ГРМ.

Для чего необходима система изменения фаз газораспределения

В режиме холостого хода наиболее рациональными становятся «узкие» фазы газораспределения, под которыми понимается позднее открытие и ранее закрытие клапанов. При этом исключается перекрытие фаз, под которым понимается время одновременного открытия впускного и выпускного клапана. Это необходимо для того, чтобы исключить попадание выхлопных газов во впуск и выброс топливно-воздушной смеси в выпускной коллектор.

Выход мотора на режим максимальной мощности означает повышение оборотов, так как распредвал крутится быстрее и время открытия клапанов сокращается. Для того чтобы не терялась мощность и крутящий момент на высоких оборотах сохранялся, в двигатель должно поступать намного больше топливно-воздушной смеси, а выпуск отработавших газов должен быть реализован максимально эффективно. Задача решается путем раннего открытия клапанов и увеличения времени их открытия, делая фазу «широкой». Фаза перекрытия также расширяется до максимума с ростом оборотов, что необходимо для качественной продувки цилиндров.

Если мотор работает на низких оборотах, нужны максимально короткие фазы газораспределения.

Время открытия клапана должно быть увеличено до максимума, параллельно обеспечивая такты впуска и выпуска, а также эффективное перекрытие.

Сам кулачок распредвала имеет форму, которая способна обеспечить как реализацию узкой, так и широкой фазы.

Проблема заключается в том, что фиксированная форма кулачка не позволяет одновременно добиться узких и широких фаз газораспределения. 

Системы изменения фаз газораспределения

система поворота распредвала;

кулачки распредвала с различным профилем;

система изменения высоты подъема клапанов;

система на основе гидроуправляемой муфты;

муфта гидроуправляемая.

Работа указанных выше систем основывается на небольшом повороте распредвала по ходу его вращения. Такой способ позволяет добиться раннего открытия клапанов сравнительно с их базовым начальным положением.

Поворот распредвала осуществляется при помощи электроники управления и гидравлики, а сама система чаще всего затрагивает только впускные клапаны. Рост оборотов ДВС приводит к тому, что фазовращатель осуществляет проворот распредвала по ходу его вращения, впускные клапана открываются раньше и цилиндры намного более эффективно наполняются рабочей смесью в режиме высоких оборотов.

Данная муфта конструктивно включает в себя:

ротор, который соединен с распредвалом;

корпус, которым выступает шкив привода распредвал.

В определенные полости, которые расположены между ротором и корпусом-шкивом, попадает моторное масло из системы смазки ДВС. Масло в муфту подается по особым каналам. Когда моторное масло заполняет одну или другую полость муфты, осуществляется поворот ротора по отношению к корпусу. Этот поворот ротора означает, что и распределительный вал будет повернут на необходимый угол.

Чаще всего местом установки гидроуправляемой муфты становится привод того распределительного вала, который отвечает за работу впускных клапанов. Встречаются также конструкции ДВС, когда подобные муфты-фазовращатели стоят как на впускном распредвале, так и на выпускном. Данное решение позволяет шире и эффективнее регулировать параметры работы ГРМ на впуске и выпуске, но усложняет механизм.

Фазовращатели ГРМ

Электронное управление автоматически регулирует работу гидроуправляемой муфты.

Система такого управления включает в себя:

группу входных датчиков;

электронный блок управления;

список исполнительных устройств.

Система управления получает показания от датчика Холла, который производит оценку положения распредвалов. Дополнительно задействованы и другие датчики, которые используются ЭБУ для управления работой всего двигателя.

К таковым относят датчик, измеряющий частоту вращения коленвала, температурный датчик охлаждающей жидкости (ОЖ), датчик расхода воздуха и другие. Сигналы от этих датчиков подаются в ЭБУ, который после отправляет соответствующий сигнал на специальное управляющее (исполнительное) устройство.

Таким устройством, на которое воздействует электронный блок управления двигателем, является электромагнитный клапан (электрогидравлический распределитель). Клапан представляет собой распределитель, который при необходимости открывает доступ потоку моторного масла к гидроуправляемой муфте, а также реализует отвод масла от фазовращателя. Это зависит от того, в каком режиме работает силовой агрегат.

Данная схема изменения фаз газораспределения с использованием муфты задействуется в момент работы двигателя на холостом ходу, (мотор работает на самых низких оборотах), в режиме максимальной мощности на высоких оборотах, а также в том режиме, когда осуществлен выход ДВС на максимум крутящего момента.

Система ступенчатого изменения фаз газораспределения

Здесь используются решения, основанные на использовании кулачков распредвала разной формы. Благодаря такому способу удается достичь ступенчатого изменения момента времени, на который открывается клапан, а также изменить саму высоту подъема клапанов. Распределительный вал в таких системах управления фазами газораспределения выполнен так, что имеет сразу два кулачка малого размера, а также один кулачок большего размера. Меньшие кулачки при помощи специального рокера (коромысла) соединяются с впускными клапанами. Большой кулачок отвечает за перемещение одного незадействованного коромысла.

Трехступенчатое регулирование фаз газораспределения

Такая система позволяет переключаться с малых кулачков на большой зависимо от режима работы ДВС. Переход между режимами достигается благодаря тому, что происходит срабатывание специального механизма блокировки. Указанный блокирующий механизм основан на гидравлическом приводе.

Когда мотор работает на низких оборотах и при незначительной нагрузке, впускные клапаны приводятся в действие малыми кулачками распределительного вала, фазы газораспределения в таком режиме имеют небольшую продолжительность (узкая фаза).

Если двигатель раскручивается до определенных оборотов, система управления активирует механизм блокировки. В результате происходит соединение коромысел малых и большого кулачков, что обеспечивает жесткость конструкции. Соединение происходит при помощи особого стопорного штифта, а усилие на впускные клапаны начинает поступать от единственного большого кулачка. Малые кулачки распредвала на высоких оборотах двигателя становятся неактивными.

Выход на режим максимальных оборотов заставляет впускные клапаны работать от центрального кулачка большого размера. Указанный кулачок имеет особый профиль, который специально подобран для достижения максимального подъема клапанов, что означает повышение отдачи от ДВС на мощностных режимах работы агрегата. Такой подход значительно расширил возможности управления параметрами ГРМ для эффективного регулирования работы двигателя на различных режимах.

Системы изменения фаз газораспределения

В обычном двигателе фазы газораспределения определяются формой кулачка распределительного вала и остаются неизменными во всех диапазонах работы двигателя. Однако постоянные фазы газораспределения не позволяют создавать оптимальные процессы смесеобразования.

Чтобы варьировать фазами газораспределения, необходимо изменять положение распределительного вала относительно коленчатого.

Холостой ход. На этом режиме работы следует устанавливать такой угол поворота распределительного вала, который соответствует самому позднему началу открытия впускных клапанов (максимальный угол задержки, при минимальном перекрытии клапанов). Этим обеспечивается минимальное поступление отработавших газов во впускной трубопровод, что улучшает стабильность работы двигателя и снижение расхода топлива.

Режим низких нагрузок. Перекрытие клапанов уменьшается для минимизации поступления отработавших газов во впускной трубопровод, что улучшает стабильность работы двигателя.

Режим средних нагрузок. Перекрытие клапанов увеличивается, что позволяет снизить «насосные» потери, при этом часть отработавших газов поступает во впускной трубопровод, что позволяет снизить температуру рабочего цикла и вследствие этого содержание оксидов азота в отработавших газах.

Режим высоких нагрузок при низкой частоте вращения коленчатого вала. На этом режиме обеспечивается раннее закрытие впускных клапанов, что обеспечивает увеличение крутящего момента. Небольшое или нулевое перекрытие клапанов заставляет двигатель бо­лее четко реагировать на изменение положения дроссельной заслонки, что, например, очень важно в транспортном потоке.

Режим высоких нагрузок при высокой частоте вращения коленчатого вала. Для того чтобы получить максимальную мощность при высокой частоте вращения коленчатого вала, необходимо перекры­тие клапанов около ВМТ с большим углом поворота коленчатого вала. Это связано с тем, что мощность в наиболь­шей степени зависит от максимально возможного количества топливно-воздушной смеси, попадающей в цилиндр за ко­роткое время, но, чем выше частота вращения, тем меньше время, отводимое на заполнение цилиндра.

Главными задачами системы изменения фаз газораспределения являются:

• улучшение качества работы двигателя на холостом ходу
• снижение расхода топлива
• оптимизация крутящего момента в области средних и высоких частот вращения коленчатого вала
• увеличение внутренней рециркуляции отработавших газов с сопутствующим ей снижением температуры газов при сгорании и уменьшением выброса оксидов азота
• увеличение мощности в области высоких частот вращения коленчатого вала

Источники:

• Drive2. ru
• bigenc.ru
• DRIVE2
• studopedia.org
• VipWash.ru
• Устройство автомобиля
• Студопедия
• Gufo.me

Понравилась статья? Расскажите друзьям:

Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 7 чел.
Средний рейтинг: 3.9 из 5.

Двигатель внутреннего сгорания с фазовращателем распределительного вала и внутренней системой рециркуляции отработавших газов

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к системе и способу выборочного отключения по крайней мере некоторых из цилиндров поршневого двигателя внутреннего сгорания, а более конкретно к системе и метод фазового сдвига распределительных валов как впускных, так и выпускных клапанов для отключения цилиндров при обеспечении рециркуляции выхлопных газов (EGR) с насосом в рабочие цилиндры.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Улучшенная экономия топлива может быть достигнута за счет деактивации некоторых цилиндров многоцилиндрового двигателя, в то время как остальные цилиндры несут желаемую нагрузку. Основная причина экономии топлива заключается в том, что рабочие цилиндры работают с более высокой удельной нагрузкой и, следовательно, с более высоким давлением в коллекторе, что приводит к уменьшению работы насоса на такте впуска.

Выпущены многоцилиндровые двигатели с отключением цилиндров. Как правило, в случае рядного 4-цилиндрового двигателя отключаются два цилиндра; в случае V6 отключаются три цилиндра (один ряд). В обоих случаях деактивация цилиндра осуществляется путем отключения как впускных, так и выпускных клапанов с помощью отдельных контроллеров клапанов. Это заставляет поршень сжимать и расширять захваченную массу внутри цилиндра при каждом обороте коленчатого вала, тем самым создавая газовую пружину. То есть захваченная масса газа попеременно сжимается и расширяется. Поскольку поршень просто сжимает и расширяет газ, заключенный в цилиндре, потери на трение и термодинамические потери относительно невелики, а другие цилиндры двигателя, которые фактически работают, могут работать с гораздо большей эффективностью, так что общий КПД двигателя улучшается. Если пренебречь теплопередачей и потерями на прорыв газов в поршневых кольцах, работа, выполненная при сжатии, восстанавливается при расширении, поэтому единственная затрачиваемая работа — это трение для скольжения узла поршень/кольцо в отверстии цилиндра и подшипниках шатуна. И механическое трение деактивированных цилиндров уменьшается из-за значительно более низких пиковых давлений в цилиндрах.

К сожалению, известные системы, которые отключают как впускные, так и выпускные клапаны цилиндров двигателя, довольно дороги и, следовательно, непривлекательны, поскольку транспортные средства, в которых экономия топлива является наиболее важной, часто продаются в более низком ценовом диапазоне и, следовательно, не могут управлять цена, достаточная для компенсации стоимости дополнительного оборудования.

Другим решением отключения цилиндров является использование сдвоенного двигателя с одинаковым рабочим объемом. Это означает, что исполнительный механизм используется для одинакового сдвига фаз впускного и выпускного распределительных валов на отключаемых цилиндрах. Если клапаны на отключенных цилиндрах управляются двумя распределительными валами (DOHC), одним для выпускных и одним для впускных, то фазовращатель должен будет управлять обоими в равной степени с некоторыми средствами взаимосвязи. По сути, они будут работать как один верхний кулачок для фазового сдвига для деактивации цилиндра. Если предположить, что один верхний кулачок (SOHC) на цилиндрах отключен, распределительный вал отстает (или, альтернативно, может опережать) примерно на 9От 0 до 100 градусов от стандартной синхронизации с использованием фазовращателя с широким диапазоном. Масса, которая втягивается в цилиндр в конце такта впуска, выталкивается обратно во время первой части такта сжатия. Выхлопной газ, который выталкивается во время последней части такта выпуска, втягивается во время первой части такта впуска. Таким образом, нет чистого массового потока через деактивированные цилиндры и фактическое устранение насосной работы чистого цикла, что приводит к истинному отключению цилиндра.

Другая проблема возникает с обеими упомянутыми системами деактивации цилиндров, а также с другими. При использовании системы отключения цилиндров в двигателе уровень оксидов азота (NOx) при работе с частичной нагрузкой может быть выше допустимого. В обычном двигателе при частичной нагрузке перепад давления между выхлопной системой (как правило, около атмосферного давления) и впускным коллектором (давление намного ниже атмосферного из-за дросселирования) вызывает рециркуляцию отработавших газов (EGR) из выхлопной системы через регулирующий клапан. клапана внешней системы рециркуляции отработавших газов во впускной коллектор, тем самым контролируя выбросы NOx.

Однако при работе двигателя с переменным рабочим объемом, когда некоторые цилиндры отключены, рабочие цилиндры несут нагрузку, которая обычно приходится на весь двигатель. Таким образом, они работают при гораздо более высоком абсолютном давлении во впускном коллекторе из-за меньшего дросселирования. Это более высокое давление уменьшает побуждение газов системы рециркуляции отработавших газов к течению, и, кроме того, по мере увеличения нагрузки на двигатель это приведет к отсутствию потока рециркуляции отработавших газов именно тогда, когда выбросы NOx самые высокие и потребность в системе рециркуляции отработавших газов наибольшая.

Поэтому желательны экономичные и надежные средства деактивации цилиндров, которые также решают проблемы, связанные с выбросами NOx.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В своих вариантах осуществления настоящее изобретение предполагает четырехтактный многоцилиндровый поршневой двигатель внутреннего сгорания, имеющий коленчатый вал и множество поршней, взаимно содержащихся внутри множества цилиндров. Двигатель содержит по меньшей мере один впускной тарельчатый клапан и по меньшей мере один выпускной тарельчатый клапан для каждого цилиндра двигателя и распределительный вал для управления впускными клапанами и выпускными клапанами. Фазер распределительного вала соединен с распределительным валом для регулировки вращательного положения распределительного вала относительно вращательного положения коленчатого вала. Впускной коллектор, имеющий общую камеру нагнетания, сообщается с каждым из впускных клапанов, а взаимосвязанная система выпуска отработавших газов принимает выхлопные газы, по крайней мере, от некоторых цилиндров, которые должны оставаться полностью активными, и по крайней мере, от некоторых из цилиндров, которые должны быть отключены. Контроллер соединен с фазовращателем распределительного вала для деактивации, по крайней мере, некоторых цилиндров и рециркуляции выхлопных газов из деактивированных цилиндров в общую камеру за счет управления фазовращателем распределительного вала, так что для цилиндров, которые должны быть деактивированы, синхронизация распределительного вала регулируется таким образом. что впускной клапан и выпускной клапан открываются и закрываются в точках, немного отличающихся от симметричных относительно положения вращения коленчатого вала, при котором изменяется направление движения поршня цилиндра.

В настоящем изобретении дополнительно рассматривается способ работы многоцилиндрового четырехтактного поршневого двигателя внутреннего сгорания с числом цилиндров, меньшим максимального. Способ включает этапы: обеспечения впускного коллектора, имеющего общую камеру нагнетания; обеспечение выхлопной системы, соединенной с цилиндрами; определение множества рабочих параметров двигателя и транспортного средства, включая, по меньшей мере, нагрузку на двигатель и частоту вращения двигателя; сравнение измеренных рабочих параметров с заданными пороговыми значениями; выдачу команды работы частичного цилиндра двигателя в случае, если измеренные параметры превышают указанные пороговые значения, чтобы деактивировать по меньшей мере один цилиндр указанного двигателя; регулировку момента по меньшей мере одного распределительного вала, который управляет тарельчатыми впускными и выпускными клапанами цилиндров, подлежащих деактивации, таким образом, чтобы события подъема клапана как для впускного, так и для выпускного клапана смещались по фазе от стандартной синхронизации; и дополнительно регулируют синхронизацию по меньшей мере одного распределительного вала так, чтобы выхлопные газы проходили мимо тарельчатых впускных клапанов отключенных цилиндров в общую камеру.

В настоящем изобретении используется сдвиг фаз впускного и выпускного распределительных валов в широком диапазоне. Система в соответствии с настоящим изобретением просто использует приводной механизм для одинакового фазового сдвига впускного и выпускного распределительных валов на отключаемых цилиндрах, а также для обеспечения нагнетания рециркуляции отработавших газов, когда эти цилиндры отключены. Если клапаны на отключенных цилиндрах управляются одним верхним распредвалом, то фазовращатель подключается к одному распредвалу. Если клапаны на отключенных цилиндрах управляются двойными верхними распределительными валами, одним для выпускных и одним для впускных, то фазовращатель будет управлять обоими распределительными валами в равной степени либо путем предоставления двух фазовращателей, по одному на каждый распределительный вал, либо одного фазовращателя. при условии, что в случае одинарного фазовращателя два распределительных вала механически связаны друг с другом. Таким образом, в соответствии с настоящим изобретением регулировка синхронизации событий подъема клапана не влияет на относительную синхронизацию между событием подъема выпускного клапана и событием подъема впускного клапана. То есть синхронизация между событиями подъема выпускного клапана и впускного клапана остается постоянной, независимо от фазового сдвига.

Кроме того, все цилиндры в этом двойном равном двигателе с переменным рабочим объемом соединены общей выхлопной системой. Затем, за счет замедления (или, альтернативно, опережения) фазирования кулачкового вала деактивированных цилиндров за положение отсутствия чистого потока, поток изменит направление и фактически подаст рециркуляцию отработавших газов в общую камеру нагнетания и, следовательно, в цилиндры зажигания. Затем фазировка распределительного вала регулируется для большего или меньшего количества EGR и действует как насос EGR, подающий необходимый EGR в цилиндры зажигания для контроля NOx. Эта операция особенно эффективна, когда цилиндры воспламенения сильно нагружены, и, даже если давление воздуха в коллекторе находится на высоком уровне, EGR все же можно прокачать, чтобы уменьшить выбросы NOx.

Соответственно, целью настоящего изобретения является создание двигателя, в котором отключение цилиндров осуществляется за счет двойного равного сдвига фаз кулачка вместе с нагнетаемой системой рециркуляции отработавших газов во время отключения цилиндров, при этом выхлопные газы перетекают из отключенных цилиндров в активные цилиндры за счет дополнительного сдвига фаз кулачка.

Преимущество настоящего изобретения состоит в том, что кулачковые фазовращатели, используемые для отключения цилиндров, могут использоваться для прокачки EGR, что позволяет создать систему отключения цилиндров, которая работает надлежащим образом с минимальными затратами и сводит к минимуму выбросы NOx.

Другим преимуществом настоящего изобретения является то, что датчики кислорода в отработавших газах могут использоваться для управления с обратной связью потоком EGR через деактивированные цилиндры для точного управления EGR в активных цилиндрах.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

РИС. 1 представляет собой схематическое изображение двигателя, оснащенного системой отключения цилиндров согласно настоящему изобретению;

РИС. 2 представляет собой принципиальную схему двигателя согласно настоящему изобретению;

РИС. 3 представляет собой схематическую диаграмму, аналогичную фиг. 2, иллюстрирующий альтернативный вариант осуществления настоящего изобретения; и

РИС. 4 представляет собой схематическую диаграмму, аналогичную фиг. 2, иллюстрирующий третий вариант осуществления настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ

РИС. 1 показан один цилиндр 8 многоцилиндрового четырехтактного поршневого двигателя внутреннего сгорания 10. Двигатель 10 имеет коленчатый вал 12 с шатуном 14 и поршнем 16, расположенным в цилиндре 8. Воздух, который был отрегулирован напорным дросселем 28, расположенным перед цилиндром 8, поступает в цилиндр 8 через впускной канал 18 вместе с топливом из топливной форсунки 19.. Входящий поток регулируется впускным клапаном 20, который приводится в действие впускным распределительным валом 25. Свеча 21 зажигания используется обычным образом для воспламенения воздушно-топливной смеси. Выхлопные газы выходят из цилиндра 8 через выпускное отверстие 22 после прохождения через выпускной клапан 24. Выпускной клапан 24 приводится в действие выпускным распредвалом 26. Как и в обычных двигателях этого типа, вход и выход воздуха в двигатель и из него 10 управляется путем регулировки фаз впускного распределительного вала 25 и выпускного распределительного вала 26 соответственно.

Фазер 34 кулачка соединен с обоими распределительными валами 25, 26, который регулирует относительное положение вращения распределительных валов 25, 26 относительно коленчатого вала 12. Конечно, отдельные фазовращатели распределительного вала могут использоваться как для впускного распределительного вала 25, так и для выпускного распределительного вала. 26 до тех пор, пока они могут сдвигаться по фазе одновременно. Контроллер 36 взаимодействует с фазовращателем 34 кулачка, чтобы управлять синхронизацией и величиной фазового сдвига кулачка, который имеет место. Следует отметить, что фиг. 1 показан двигатель 10, имеющий конфигурацию с двумя верхними распределительными валами. Однако, как будет очевидно специалистам в данной области техники, ввиду настоящего изобретения, вместо этого может использоваться конфигурация с одним верхним кулачком для приведения в действие и регулировки синхронизации как впускного клапана 20, так и выпускного клапана 24.

Распределительные валы 25, 26 вращаются с половинной скоростью вращения коленчатого вала 12, как в обычном четырехтактном двигателе. Таким образом, используемые здесь термины «такт впуска», «такт выпуска», «такт сжатия» и «такт расширения» относятся к этим обычным тактам, которые известны специалистам в области двигателей внутреннего сгорания. и эти ходы упоминаются обычным образом, даже когда цилиндр деактивирован. Это сделано для удобства понимания моментов в цикле работы двигателя, в которых происходят различные события согласно настоящему изобретению.

РИС. 2 схематично показана конфигурация двигателя V6, в которой используется цилиндр 8, показанный на фиг. 1. Правый ряд 30 цилиндров 8а представляет собой цилиндры, подлежащие деактивации, в то время как левый ряд 32 цилиндров 8b представляют собой цилиндры, которые остаются активированными (т.е. работают) для всех режимов работы двигателя. В цилиндрах 8а, подлежащих деактивации, распределительные валы 25, 26, которые отстают примерно на 90°-100° от стандартной синхронизации, должны будут использовать фазовращатель с широким диапазоном. Для левого ряда 32, в то время как на фиг. 1 показан фазовращатель распределительного вала, распределительный вал для левого ряда 32 может иметь или не иметь фазовращатель. Фазер кулачка не требуется на левом ряду 32 для стратегии деактивации цилиндра, но может использоваться для других причин стратегии двигателя, известных специалистам в данной области техники.

Впускной коллектор, имеющий общую впускную камеру 38, поступает во впускные каналы 18 через впускной канал 52. При такой конфигурации деактивированные цилиндры 8а испытывают такое же давление во впускном коллекторе, что и пусковые цилиндры 8b, которые несут нагрузку. Таким образом, нагнетательная камера 38 должна быть достаточно большой, чтобы пульсация впуска, вызванная отключенными цилиндрами 8а, не нарушала работу пусковых цилиндров 8b.

Выхлопная система 40 включает правый коллектор 42 и левый коллектор 44, которые сообщаются с правым 30 и левым 32 блоками соответственно. Они соединяются вместе в одном желобе 46, образуя взаимосвязанный выхлоп.

Существует много условий, при которых желательно эксплуатировать двигатель с меньшим количеством цилиндров, чем максимальное, и, как отмечалось выше, цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить такую ​​частичную работу. В соответствии с настоящим изобретением регулировка синхронизации событий подъема клапана не влияет на относительную синхронизацию между событием подъема выпускного клапана и событием подъема впускного клапана. То есть синхронизация между событиями подъема выпускного клапана и впускного клапана остается постоянной, независимо от фазового сдвига.

В типичном алгоритме управления отключение цилиндров не будет использоваться, если частота вращения двигателя не превысит минимальное пороговое значение, а нагрузка на двигатель не станет меньше минимального порогового значения. В этом смысле термин «превышение» используется здесь для обозначения того, что значение измеряемого параметра может быть больше или меньше порогового значения. Другие параметры, помимо частоты вращения двигателя и нагрузки, также могут использоваться для определения момента отключения цилиндра. В случае, если измеренные параметры превышают пороговые значения, контроллер 36 дает команду фазовращателю 34 распределительного вала отрегулировать или сместить синхронизацию распределительных валов 25, 26, которые приводят в действие впускной клапан 20 и выпускной клапан 24, соответственно, для достижения момента, необходимого для деактивации цилиндра. . Точная величина временной задержки должна быть определена экспериментально; но управляющим фактором является то, что событие впуска должно быть приблизительно центрировано (симметрично) относительно НМТ, а событие выпуска — приблизительно центрировано относительно ВМТ. Как будет очевидно специалисту в данной области техники с учетом этого раскрытия, распределительные валы 25, 26 также могут быть сдвинуты по фазе примерно на 9°.0° опережает стандартное время для достижения того же результата.

В двигателе, имеющем систему согласно настоящему изобретению, атмосферное давление, которое достигается на такте выпуска, поддерживается на протяжении части такта впуска, пока не откроется впускной клапан 20, а выпускной клапан 24 не закроется. После этого давление снижается до давления ниже атмосферного в нижней мертвой точке (НМТ) такта впуска (уровень которого определяется давлением в камере 38 впускного коллектора) до тех пор, пока выпускной клапан 24 не закроется. Затем давление в цилиндре 8а поддерживается на уровне давления во впускном коллекторе через НМТ такта впуска и вновь увеличивается в ходе такта сжатия до сверхатмосферного значения, которое затем снижается в ходе такта расширения, следующего за тактом сжатия. Масса, которая втягивается в цилиндр 8а в конце такта впуска, выталкивается обратно во время первой части такта сжатия. Масса, которая выталкивается из цилиндра 8а в конце такта выпуска, втягивается обратно во время первой части такта впуска. Таким образом, нет чистого массового потока через деактивированные цилиндры, что устраняет необходимость в каком-либо специальном дросселе, регуляторе дросселя или отсечном клапане потока для деактивированных цилиндров 8а.

Поскольку повышение давления от ниже атмосферного до атмосферного, которое происходит, когда поршень 16 движется от НМТ к верхней мертвой точке (ВМТ) на такте выпуска, снижается до такого же давления ниже атмосферного при последующем расширении до НМТ на такте впуска чистый эффект заключается в том, что работа, необходимая для сжатия газов в цилиндре 8а, извлекается во время расширения такта впуска, и в результате в цилиндре 8а двигателя рассеивается очень мало энергии. Это предотвращает насосные потери, которые произошли бы, если бы воздух проходил через систему впуска в период, когда цилиндры 8а выключены. Специалистам в данной области техники будет понятно, ввиду этого раскрытия, что различные механизмы фазовращателя распределительного вала могут быть использованы с целью обеспечения фазовращателя распределительного вала 34. Например, патент США No. US 5107804 раскрывает лишь один из множества механизмов фазовращателя распределительного вала, которые могут быть использованы в системе согласно настоящему изобретению. Такая система и способ раскрыты в заявке на патент США Сер. № 08/543744, включенный сюда в качестве ссылки.

Описание настоящего изобретения до этого момента описывает средства отключения цилиндров, но не касается выбросов NOx. Для этого контроллер 36 дополнительно приводит в действие фазовращатель 34 кулачка, чтобы сдвинуть фазу немного выше точки, в которой достигается состояние отсутствия чистого потока для деактивации цилиндра. Правый ряд цилиндров 30 теперь не только деактивирован, но и действует как насос EGR, подающий газы EGR к работающему левому ряду цилиндров 32. Противоток возникает во время периода перекрытия клапанов, который происходит частично во время такта впуска. Стрелки на фиг. 2 показан поток газов, когда правый ряд 30 деактивирован, а затем фазовый сдвиг немного больше.

Путем регулировки фаз газораспределения для увеличения замедления (или опережения в зависимости от обстоятельств) деактивированные цилиндры 8a теперь втягивают часть выхлопных газов вверх через правый коллектор 42 из левого коллектора 44, которые в противном случае вытекали бы вместе с остальными выхлопных газов, производимых стреляющими цилиндрами 8b, в объединенный канал 46. Этот выхлопной газ в деактивированных цилиндрах 8а будет закачиваться в общую впускную камеру 38 и смешиваться с поступающим воздухом, поступающим через дроссельную заслонку 28 камеры перед входом в стреляющие цилиндры 8b. Величина фазового сдвига за пределы условия отсутствия чистого потока, конечно, будет зависеть от желаемого количества рециркуляции отработавших газов, необходимого для снижения содержания NOx, хотя, как правило, дальнейший фазовый сдвиг примерно до 20 градусов коленчатого вала сверх условия отсутствия чистого потока считается, что условия потока достаточны для необходимого количества рециркуляции отработавших газов.

Рассмотренный выше вариант осуществления относится к двигателю V6. Тем не менее, специалисты в данной области техники поймут с учетом этого раскрытия, что система в соответствии с данным изобретением может быть использована в двигателе V6 или V12, или, если на то пошло, двигателе V8, если двигатель V8 оборудован совмещенным двигателем. плоский коленчатый вал.

РИС. 3 иллюстрирует второй вариант осуществления настоящего изобретения. Этот вариант осуществления позволяет более точно определить величину замедления (или, альтернативно, опережения) кулачка, которая необходима для создания требуемой величины потока EGR для режима деактивации цилиндра. В первом варианте количество рециркуляции EGR, нагнетаемой деактивированными цилиндрами 8а, определяется экспериментально для заданной величины задержки распределительного вала. Тогда эта величина замедления считается правильной во время работы двигателя. Хотя этого может быть достаточно для некоторых применений, может возникнуть необходимость в более точном управлении фактическим потоком EGR.

Нагретый датчик кислорода в выхлопных газах (HEGO) 50 помещается в направляющую 52 впускного коллектора одного из деактивированных цилиндров 8a и сообщается с контроллером 36. Датчик HEGO обычно используется в обычных бензиновых двигателях в качестве устройства. для поддержания стехиометрического соотношения воздух/топливо. Его выходное напряжение переключается в зависимости от концентрации кислорода (коэффициента эквивалентности) при переходе от богатого или обедненного к стехиометрии.

При работе с частичной нагрузкой (т. е. с отключенным одним рядом цилиндров) при стехиометрическом соотношении воздух/топливо (коэффициент эквивалентности равен единице) датчик HEGO 50 переключается, когда выхлопные газы начинают поступать из отключенного цилиндра 8а во впускной коллектор 38. Таким образом, он будет указывать, когда фазирование кулачка задерживается после состояния отсутствия чистого потока и начинает нагнетать EGR (стехиометрический выхлопной газ) во впускной канал 52. В этот момент контроллер 36 отрегулирует кулачок до калиброванного заданного значения. настройка относительно состояния отсутствия чистого потока, которая будет накачивать желаемое количество EGR в цилиндры 8b зажигания. Точное знание того, когда достигается состояние отсутствия чистого потока из-за фазирования кулачков, позволяет более точно управлять потоком.

РИС. 4 иллюстрирует третий вариант осуществления настоящего изобретения. Другая конфигурация для управления с обратной связью скорости EGR, которую можно использовать не только для стехиометрической работы двигателя, но также и для работы двигателя на обедненной смеси, заключается в размещении универсального датчика кислорода в отработавших газах (UEGO) 56 в камере 38 впускного коллектора. имеет линейную выходную мощность в зависимости от концентрации кислорода (коэффициент эквивалентности). Когда распределительный вал для деактивированного ряда цилиндров 30 задерживается после положения отсутствия чистого потока, и газ EGR начинает закачиваться во впускной коллектор 38, датчик UEGO 56 измеряет концентрацию кислорода (коэффициент эквивалентности) смеси, обеспечение системы с замкнутым контуром для управления точным количеством рециркуляции отработавших газов, требуемым для запускающих цилиндров 8b. Эта измеренная концентрация (коэффициент эквивалентности) является функцией соотношения воздух/топливо в воспламеняющих цилиндрах 8b (известного из калибровки двигателя для требуемого соотношения обедненного или богатого воздуха/топлива) и степени разбавления смеси рециркуляции отработавших газов/свежего воздуха. требуется. Затем контроллер 36 регулирует фазовращатель кулачка для создания желаемой степени разбавления EGR.

Хотя изобретение было показано и описано в его предпочтительных вариантах осуществления, специалистам в области техники, к которой оно относится, должно быть ясно, что в него могут быть внесены многие изменения и модификации, не выходя за рамки объема изобретения.

Система управления фазовым сдвигом распределительного вала двигателя внутреннего сгорания (Патент)

Система управления фазовым сдвигом распределительного вала двигателя внутреннего сгорания (Патент) | ОСТИ.GOV

перейти к основному содержанию

• Полная запись
• Другие родственные исследования

Этот патент описывает двигатель внутреннего сгорания, вращающуюся муфту для изменения момента по крайней мере одного распределительного вала относительно коленчатого вала, вращающуюся муфту.

Он содержит приводной фланец, приспособленный для соединения с коленчатым валом с возможностью вращения вокруг оси; ведомый фланец, выполненный с возможностью соединения с по меньшей мере одним распределительным валом с возможностью вращения вокруг оси; гидравлическую муфту, включающую корпусное средство, соединенное с одним из фланцев, и поршневое средство, взаимодействующее с корпусным средством и соединенное с другим фланцем, клапанное средство для регулирования потока жидкости в трубопроводе в ответ на управляющий сигнал; каждый челночный плунжерный элемент хранит заданный объем жидкости под давлением для избирательного перемещения в соответствующую одну из камер для жидкости в ответ на управляющий сигнал; и средство регулирующего клапана внутри средства трубопровода.

Изобретатели:

Симко А.

О.; Шехтер, М М

Дата публикации:

16.06.1992

Идентификатор ОСТИ:

7166223

Номер(а) патента:

США 5121717; А

Номер заявки:

PPN: США 7-620517

Правопреемник:

Ford Motor Co., Дирборн, Мичиган (США)

Тип ресурса:

Патент

Отношение ресурсов:

Дата регистрации патента: 28 ноября 1990 г.

Страна публикации:

США

Язык:

Английский

Тема:

33 УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЕ ДВИГАТЕЛИ; ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ; СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ; МЕХАНИЗМЫ; ВАЛЫ; ДВИГАТЕЛИ; ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ; ЧАСТИ МАШИН; 330100* — Двигатели внутреннего сгорания; 330603 — Факторы конструкции автомобиля — система двигателя

---

Форматы цитирования

• MLA
• АПА
• Чикаго
• БибТекс

Симко А.

О. и Шехтер М.М. Система управления фазовым сдвигом распределительного вала двигателя внутреннего сгорания . США: Н. П., 1992. Веб.

Копировать в буфер обмена

Симко, А. О., и Шехтер, М. М. Система управления фазовращателем распредвала двигателя внутреннего сгорания . Соединенные Штаты.

Копировать в буфер обмена

Симко, А. О., и Шехтер, М. М., 1992. «Система управления фазовым сдвигом распределительного вала двигателя внутреннего сгорания». Соединенные Штаты.

Копировать в буфер обмена

@статья{osti_7166223,
title = {Система управления фазовым сдвигом распредвала двигателя внутреннего сгорания},
автор = {Симко, А.О.

и Шехтер, М.М.},
abstractNote = {Этот патент описывает двигатель внутреннего сгорания, вращающуюся муфту для изменения момента по крайней мере одного распределительного вала относительно коленчатого вала, вращающуюся муфту. Он содержит приводной фланец, приспособленный для соединения с коленчатым валом с возможностью вращения вокруг оси; ведомый фланец, выполненный с возможностью соединения с по меньшей мере одним распределительным валом с возможностью вращения вокруг оси; гидравлическую муфту, включающую корпусное средство, соединенное с одним из фланцев, и поршневое средство, взаимодействующее с корпусным средством и соединенное с другим фланцем, клапанное средство для регулирования потока жидкости в трубопроводе в ответ на управляющий сигнал; каждый челночный плунжерный элемент хранит заданный объем жидкости под давлением для избирательного перемещения в соответствующую одну из камер для жидкости в ответ на управляющий сигнал; и средство регулирующего клапана в средстве трубопровода.