close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY3900

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 3900
(13)
C1
(51)
(12)
7
B 60K 6/08,
F 02B 61/00,
F 02B 73/00
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ
КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
(54)
СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ МОЩНОСТИ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ ПРИ
РАБОТЕ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА И СИЛОВАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ
ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА
(21) Номер заявки: 970250
(22) 1997.05.15
(46) 2001.06.30
(71) Заявитель: Стародетко Е.А. (BY)
(72) Авторы: Стародетко Е.А., Стародетко Г.Е.,
Стародетко
К.Е.,
Дробышевский
Ч.Б.,
Марковский А.Б. (BY)
(73) Патентообладатель:
Стародетко
Евгений
Александрович (BY)
(57)
1. Способ регулирования мощности силовой установки при работе транспортного средства, при котором
запускают двигатель, подавая в его цилиндры и сжигая там топливо, преобразуют энергию полученных газов
в механическую энергию вращающегося вала и передают эту энергию с помощью трансмиссии к движителям, причем часть энергии превращают в гидравлическую энергию гидросистемы, а при изменении режима
работы транспортного средства изменяют количество передаваемой движителям энергии, регулируя количество сжигаемого в цилиндрах двигателя топлива, при этом на отдельных режимах прекращают подачу топлива в цилиндры и отключают вал от трансмиссии, отличающийся тем, что регулирование количества топлива осуществляют дискретно, подавая в цилиндр дозу топлива, пропорциональную одному из заданных
чисел.
Фиг. 1
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что регулирование количества топлива осуществляют, используя
деформацию жидкого топлива в объеме его дозатора.
BY 3900 C1
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что деформацию доз жидкого топлива обеспечивают, настраивая
топливный насос на создание заданного давления в каждом цикле при любом числе оборотов вала.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что подают в цилиндр дозу топлива, пропорциональную одному
из чисел в ряду 1, 2, 3.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что регулирование количества топлива осуществляют, изменяя по
заданной программе в зависимости от режима работы транспортного средства дозу подаваемого топлива индивидуального для каждого цилиндра двигателя.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что изменяют опережение впрыска топлива по углу поворота вала
двигателя в зависимости от числа оборотов вала и дозы впрыскиваемого топлива, регулируя в программе
управления момент подачи команды на впрыск топлива.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в силовой установке устанавливают не менее чем два двигателя, при изменении режима работы транспортного средства на режим с меньшей потребляемой мощностью
прекращают подачу топлива во все цилиндры одного из двигателей с отключением вала этого двигателя от
трансмиссии, а при изменении режима работы транспортного средства на режим с большей потребляемой
мощностью запускают остановленный двигатель, подавая в его цилиндры топливо, и подключают его вал к
трансмиссии.
8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что при отключении вала двигателя от трансмиссии энергию торможения движущихся частей двигателя преобразуют в импульсы гидравлической энергии, которые превращают в механическую энергию маховика.
9. Способ по п. 7, отличающийся тем, что при запуске двигателя его вал предварительно раскручивают
до заданной частоты за счет импульсов гидравлической энергии, получаемых с использованием энергии маховика.
10. Способ по п. 7, отличающийся тем, что температурный режим всех двигателей силовой установки
поддерживают одинаковым, объединив их системы смазки и охлаждения.
11. Способ по п. 1 или 7, отличающийся тем, что энергию торможения транспортного средства преобразуют в импульсы гидравлической энергии, которые превращают в механическую энергию маховика, а затем
используют энергию маховика для запуска двигателей и/или для разгона транспортного средства.
12. Силовая установка транспортного средства, содержащая двигатель внутреннего сгорания с системой
подачи топлива, снабженной насосом, и системой регулирования мощности, подключенной к системе подачи топлива, трансмиссию, снабженную механизмами подключения к валу двигателя с установленными на
валах ведомыми и ведущими дисками муфт сцепления, а также механизмом передачи энергии движителям с
коробкой передач и с первичным валом, и гидравлическую систему, снабженную обратимыми преобразователями гидравлической энергии в механическую, клапанами и аккумулятором гидравлической энергии, причем механизмы трансмиссии подключены к гидросистеме, отличающаяся тем, что система регулирования мощности снабжена программируемым задающим блоком, программное обеспечение которого
выполнено с возможностью изменения программы регулирования при эксплуатации, в системе подачи топлива установлен дозатор, снабженный подключенными к цилиндрам двигателя гидроаккумуляторами деформируемого топлива, которые через переключатели подключены к системе регулирования мощности.
13. Силовая установка по п. 12, отличающаяся тем, что гидроаккумуляторы деформируемого топлива,
установленные в системе подачи топлива, выполнены с отношением их объемов как 1:2.
14. Силовая установка по п. 12, отличающаяся тем, что плунжер топливного насоса снабжен подпружиненной втулкой, установленной с возможностью перемещения совместно с плунжером после достижения заданного давления нагнетания.
15. Силовая установка по п. 12, отличающаяся тем, что каждый цилиндр двигателя подключен к своим
индивидуальным гидроаккумуляторам деформируемого топлива через индивидуальные переключатели.
16. Силовая установка по п. 12, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительным маховиком, соединенным с обратимым преобразователем гидравлической энергии в механическую, который соединен с
гидросистемой через клапаны, подключенные к системе регулирования мощности.
17. Силовая установка по п. 12, отличающаяся тем, что вал двигателя через механизм, подключенный к
системе регулирования мощности, соединен с обратимым преобразователем гидравлической энергии в механическую, который соединен с гидросистемой через клапаны, подключенные к системе регулирования
мощности.
18. Силовая установка по п. 12, отличающаяся тем, что трансмиссия транспортного средства кинематически связана с обратимым преобразователем гидравлической энергии в механическую, который соединен
через клапаны, подключенные к системе регулирования мощности, с аккумуляторами гидравлической энергии гидросистемы.
19. Силовая установка по п. 12, отличающаяся тем, что она содержит не менее чем два двигателя, системы смазки и охлаждения которых выполнены объединенными, а аккумуляторы гидравлической энергии
гидросистемы соединены между собой через клапаны, подключенные к системе регулирования мощности.
2
BY 3900 C1
20. Силовая установка по п. 19, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительной зубчатой передачей, зубчатые колеса которой установлены на валах с ведомыми дисками муфт сцепления, один из которых
выполнен как первичный вал коробки передачи, упомянутые зубчатые колеса выполнены с одинаковым числом зубьев и кинематически связаны с зубчатым колесом, установленном на первичном валу коробки передач с помощью паразитных шестерен.
21. Силовая установка по п. 19, отличающаяся тем, что при выполнении ее с двумя двигателями они установлены один над другим.
22. Силовая установка по п. 20, отличающаяся тем, что оба двигателя снабжены общим корпусным устройством.
(56)
Артемчик А.Я. и др. Автомобили МАЗ-500, МАЗ-503, МАЗ-504. Альбом М.: Транспорт, 1969. - С. 44-55.
SU 1772401 А1, 1992.
RU 94022786 A1, 1996.
Изобретение относится к автомобилестроению и касается средств, обеспечивающих приспособление двигателя и устройств, аккумулирующих энергию, к режимам работы автомобиля.
Энергетический анализ показывает, что автомобиль потребляет гораздо больше топлива, чем необходимо
для движения автомобиля массой m со скоростью v (см. [1, стр. 13, рис. 2]). Причина этого заключается в
том, что схема привода автомобиля недостаточно адаптирована к большому разнообразию режимов движения.
Известны технические решения, позволяющие оптимизировать характеристику силовой установки автомобиля при его эксплуатации, например, за счет использования гибридного привода, как это выполнено в
экспериментальном электромобиле фирмы "Гаррет" США, в котором использованы обратимые электрические
машины и маховик для аккумулирования энергии, что позволяет рекуперировать энергию при изменении
скорости движения автомобиля и с помощью вычислительно-управляющего блока оптимизировать режим
нагрузки силовой установки (см. [1, стр.75-78, рис. 77]).
Однако это техническое решение не получило пока широкого распространения из-за своего существенного недостатка, связанного с высокой стоимостью и большой массой аккумуляторов электрической энергии
и их малой долговечностью, что делает электромобиль неконкурентоспособным по сравнению с автомобилем, использующим химическую энергию жидкого топлива.
Известен способ передачи энергии колесам автомобиля, использованный фирмой "Порше" (Германия) в
своих автомобильных двигателях и описанный в упомянутой книге [1, стр.170-172 и 193-197], причем для выработки электроэнергии и энергии сжатого воздуха используют механическую энергию, вырабатываемую
колесами при торможении, а на частичных по потребляемой колесами энергии режимах прекращают подачу
топлива в часть цилиндров двигателя.
Однако известный способ передачи энергии колесам автомобиля не исчерпывает всех возможностей экономии топлива при работе транспортного средства.
Известны также технические решения, позволяющие использовать энергию торможения автомобиля для
его последующего разгона при традиционной силовой установке с двигателем внутреннего сгорания. Например, согласно [2], по бортам автомобиля размещены пружины, на которые при торможении с помощью
трансмиссии передают энергию от колес. Запасенная в пружинах энергия затем используется при разгоне автомобиля.
Такое решение позволяет уменьшить расход топлива, особенно при движении в городских условиях, однако оно принципиально не изменяет условия работы двигателя и потери энергии при остановке автомобиля,
на режимах движения, неоптимальных по характеристике двигателю, остаются значительными.
Известны также технические решения, в которых силовая установка содержит два двигателя, например в [3]
силовая установка содержит кинематически связанные между собой двигатели. В этом техническом решении
валы обоих двигателей соединены между собой соосно через фрикционную муфту. В известном техническом решении может быть получена экономия топлива за счет выключения второго двигателя при движении
автомобиля без груза.
Однако это техническое решение имеет следующие недостатки:
не исключена работа двигателей на частичных характеристиках, когда требуемая для преодоления дорожного и аэродинамического сопротивления мощность меньше суммарной мощности двух двигателей, но
превышает мощность одного из них;
при необходимости частого включения и выключения одного из двигателей установка требует затрат
мощности другого двигателя, кроме того, это приводит к повышенному износу фрикционной муфты.
Известны также другие технические решения, в которых регулирование потребляемой движителями
транспортного средства мощности осуществляют, используя силовую установку с несколькими двигателями,
3
BY 3900 C1
например в судостроении широко используются [4, стр. 7-15] энергетические установки с различным количеством и различным сочетанием типоразмеров двигателей, что позволяет обеспечить резервирование и
экономичную работу, тем самым получить хорошую маневренность судна. Кроме того, появляется возможность создавать силовые установки в широком диапазоне мощностей на базе ограниченного количества типоразмеров цилиндров.
Однако известные установки имеют ряд недостатков, например трудно поддерживать равномерное распределение нагрузки между цилиндрами, затруднен уход и обслуживание в судовых условиях, увеличиваются энергетические потери из-за применения винтов регулируемого шага, редукторов и др.
Из известных технических решений наиболее близким объектом к заявляемому в части способа по совокупности существенных признаков является способ регулирования мощности силовой установки автомобилей МАЗ 503 [5, стр. 44-55], принятый авторами за прототип заявляемого способа.
Принятый за прототип объект представляет собой способ регулирования мощности силовой установки
при работе транспортного средства, при котором запускают двигатель, подавая в его цилиндры и сжигая там
топливо, преобразуют энергию полученных газов в механическую энергию вращающегося вала и передают
эту энергию с помощью трансмиссии к движителям, причем часть энергии превращают в гидравлическую
энергию гидросистемы, а при изменении режима работы транспортного средства изменяют количество передаваемой движителям энергии, регулируя количество сжигаемого в цилиндрах двигателя топлива, при
этом на отдельных режимах прекращают подачу топлива в цилиндры и отключают вал от трансмиссии.
Из известных технических решений наиболее близким объектом к заявляемому в части устройства по совокупности существенных признаков является этот же, принятый за прототип способа автомобиль МАЗ 503
при оборудовании его двигателем по а.с. СССР 1772401 [6], который авторы приняли в качестве прототипа
заявляемого устройства.
В части устройства принятый за прототип объект представляет собой силовую установку, содержащую
двигатель внутреннего сгорания с системой подачи топлива, снабженной насосом, и системой регулирования
мощности, подключенной к системе подачи топлива, трансмиссию, снабженную механизмами подключения
к валу двигателя с установленными на валах ведомыми и ведущими дисками муфт сцепления, а также механизмом передачи энергии движителям с коробкой передач и с первичным валом, и гидравлическую систему,
снабженную обратимыми преобразователями гидравлической энергии в механическую, клапанами и аккумулятором гидравлической энергии, причем механизмы трансмиссии подключены к гидросистеме.
Однако принятые за прототип способ и устройство имеют существенные недостатки, заключающиеся в
том, что при работе транспортного средства на частичных нагрузках расходуется увеличенное количество
топлива из-за снижения эффективного коэффициента полезного действия двигателя. В принятом за прототип
способе регулирование мощности, согласование мощности, вырабатываемой двигателем, и мощности, потребляемой транспортным средством, осуществляют путем снижения цикловой подачи топлива и снижения
при этом среднего эффективного давления, что приводит к уменьшению эффективного КПД.
Задачей предлагаемого изобретения является оптимизация режима работы силовой установки при изменении режимов эксплуатации транспортного средства для чего необходимо принципиально изменить способ
регулирования мощности.
В результате решения этой задачи достигнут новый технический результат, заключающийся в разработке
силовой установки большегрузного автомобиля с улучшенной экономичностью и более удобной и надежной
в эксплуатации его конструкцией.
Данный технический результат достигнут тем, что при осуществлении способа регулирования мощности
силовой установки при работе транспортного средства, при котором запускают двигатель, подавая в его цилиндры и сжигая там топливо, преобразуют энергию полученных газов в механическую энергию вращающегося вала и передают эту энергию с помощью трансмиссии к движителям, причем часть энергии превращают
в гидравлическую энергию гидросистемы, а при изменении режима работы транспортного средства изменяют количество передаваемой движителям энергии, регулируя количество сжигаемого в цилиндрах двигателя
топлива, при этом на отдельных режимах прекращают подачу топлива в цилиндры и отключают вал от трансмиссии, согласно изобретению, регулирование количества топлива осуществляют дискретно, подавая в цилиндр дозу топлива, пропорциональную одному из заданных чисел, причем регулирование количества топлива осуществляют, используя деформацию жидкого топлива в объеме его дозатора, а деформацию доз
жидкого топлива обеспечивают, настраивая топливный насос на создание заданного давления в каждом цикле при любом числе оборотов вала, при этом подают в цилиндр дозу топлива, пропорциональную одному из чисел в ряду 1, 2, 3, кроме того, регулирование количества топлива осуществляют дискретно, подавая в цилиндр
дозу топлива, пропорциональную одному из заданных чисел, при этом регулирование количества топлива
осуществляют, используя деформацию жидкого топлива в объеме его дозатора, а деформацию доз жидкого
топлива обеспечивают, настраивая топливный насос на создание заданного давления в каждом цикле при
любом числе оборотов вала, причем подают в цилиндр дозу топлива, пропорциональную одному из чисел в
ряду 1, 2, 3, кроме того, регулирование количества топлива осуществляют, изменяя по заданной программе в
зависимости от режима работы транспортного средства дозу подаваемого топлива индивидуально для каждого
цилиндра двигателя, причем изменяют опережение впрыска топлива по углу поворота вала двигателя в зави4
BY 3900 C1
симости от числа оборотов вала и дозы впрыскиваемого топлива, регулируя в программе управления момент
подачи команды на впрыск топлива.
Данный технический результат достигнут также тем, что при осуществлении способа регулирования
мощности силовой установки при работе транспортного средства в силовой установке устанавливают не менее чем два двигателя, при изменении режима работы транспортного средства на режим с меньшей потребляемой мощностью прекращают подачу топлива во все цилиндры одного из двигателей с отключением вала
этого двигателя от трансмиссии, а при изменении режима работы транспортного средства на режим с большей потребляемой мощностью запускают остановленный двигатель, подавая в его цилиндры топливо, и
подключают его вал к трансмиссии, причем при отключении вала двигателя от трансмиссии энергию торможения движущихся частей двигателя преобразуют в импульсы гидравлической энергии, которые превращают в механическую энергию маховика, а при запуске двигателя его вал предварительно раскручивают до заданной частоты за счет импульсов гидравлической энергии, получаемых с использованием энергии
маховика, при этом температурный режим всех двигателей силовой установки поддерживают одинаковым,
объединив их системы смазки и охлаждения, кроме того, энергию торможения транспортного средства преобразуют в импульсы гидравлической энергии, которые превращают в механическую энергию маховика, а затем
используют энергию маховика для запуска двигателей и (или) для разгона транспортного средства.
Для осуществления предлагаемого способа в силовой установке транспортного средства, содержащей
двигатель внутреннего сгорания с системой подачи топлива, снабженной насосом, и системой регулирования
мощности, подключенной к системе подачи топлива, трансмиссию, снабженную механизмами подключения к
валу двигателя с установленными на валах ведомыми и ведущими дисками муфт сцепления, а также механизмом передачи энергии движителям с коробкой передач и с первичным валом, и гидравлическую систему,
снабженную обратимыми преобразователями гидравлической энергии в механическую, клапанами и аккумулятором гидравлической энергии, причем механизмы трансмиссии подключены к гидросистеме, согласно
изобретению, система регулирования мощности снабжена программируемым задающим блоком, программное обеспечение которого выполнено с возможностью изменения программы регулирования при эксплуатации, в системе подачи топлива установлен дозатор, снабженный подключенными к цилиндрам двигателя
гидроаккумуляторами деформируемого топлива, которые через переключатели подключены к системе регулирования мощности, при этом гидроаккумуляторы деформируемого топлива, установленные в системе подачи топлива, выполнены с отношением их объемов как 1:2, а плунжер топливного насоса снабжен подпружиненной втулкой, установленной с возможностью перемещения совместно с плунжером после достижения
заданного давления нагнетания, причем каждый цилиндр двигателя подключен к своим индивидуальным
гидроаккумуляторам деформируемого топлива через индивидуальные переключатели, кроме того, силовая
установка снабжена дополнительным маховиком, соединенным с обратимым преобразователем гидравлической энергии в механическую, который соединен с гидросистемой через клапаны, подключенные к системе
регулирования мощности, при этом вал двигателя через механизм, подключенный к системе регулирования
мощности, соединен с обратимым преобразователем гидравлической энергии в механическую, который соединен с гидросистемой через клапаны, подключенные к системе регулирования мощности, а трансмиссия
транспортного средства кинематически связана с обратимым преобразователем гидравлической энергии в
механическую, который соединен через клапаны, подключенные к системе регулирования мощности, с аккумуляторами гидравлической энергии гидросистемы.
Для осуществления предлагаемого способа силовая установка транспортного средства содержит не менее
чем два двигателя, системы смазки и охлаждения которых выполнены объединенными, а аккумуляторы гидравлической энергии гидросистемы соединены между собой через клапаны, подключенные к системе регулирования мощности, причем силовая установка снабжена дополнительной зубчатой передачей, зубчатые
колеса которой установлены на валах с ведомыми дисками муфт сцепления, один из которых выполнен как
первичный вал коробки передач, упомянутые зубчатые колеса выполнены с одинаковым числом зубьев и
кинематически связаны с зубчатым колесом, установленном на первичном валу коробки передач, с помощью
паразитных шестерен, кроме того, при выполнении энергетической установки с двумя двигателями они установлены один над другим, причем оба двигателя снабжены общим корпусным устройством.
Отличительной особенностью заявляемого изобретения является то, что регулирование количества топлива осуществляют дискретно, подавая в цилиндр дозу топлива, пропорциональную одному из заданных чисел.
Такое техническое решение позволяет обеспечить оптимизацию процесса сжигания топлива в цилиндре и
тем самым увеличить экономичность работы силовой установки. При сжигании одной и той же дозы топлива
в любом цикле получают постоянные условия горения, что позволяет обеспечить наилучшие условия преобразования химической энергии топлива в энергию рабочих газов. Для любого топлива и любой конструкции
двигателя существует некоторый диапазон количества подаваемого в цилиндр топлива, при котором сохраняются приемлемыми условия горения. Однако применяемое в известных технических решениях регулирование количества топлива непрерывно в зависимости от нагрузки приводит к необходимости поддерживать
избыточную мощность двигателя на частичных нагрузках. Гораздо выгоднее или сжигать топливо в опти5
BY 3900 C1
мальном режиме горения, или не подавать в цилиндры топливо. При этом принципиально меняется способ
регулирования мощности, заданная мощность вырабатывается суммой циклов с оптимальным режимом горения и циклов без подачи топлива. Такое чередование циклов аналогично работе вычислительной техники
на двоичном коде, что и позволяет использовать для предложенного способа регулирования наработанный в
этой области аппарат программного управления.
Другой отличительной особенностью заявляемого способа является то, что регулирование количества
топлива осуществляют, используя деформацию жидкого топлива в объеме его дозатора, при этом деформацию доз жидкого топлива обеспечивают, настраивая топливный насос на создание заданного давления в каждом цикле при любом числе оборотов вала.
Такое техническое решение позволяет четко ограничить условия горения топлива и сделать их полностью независимыми от режима работы транспортного средства. Подача топлива в цилиндр из постоянного
объема дозатора, в котором жидкость сдеформирована, и постоянная величина давления в дозаторе при деформировании жидкости в его объеме, обеспечивает строго постоянную количественную величину подаваемой в цилиндр дозы, так как в цилиндр может быть подана только та жидкость, которая поместилась в заполненном объеме дозатора при деформировании заполнявшей его жидкости. Постоянство объема и
постоянство давления, достигаемого при деформации, обеспечивают постоянство дозы. При этом достигается оптимальный КПД рабочего цикла, что обеспечивается соответствующим выбором величины дозы. Кроме того, постоянство величины давления впрыска позволяет оптимизировать процесс подачи и распыления
топлива, что улучшает перемешивание его с воздухом в цилиндре, улучшает сгорание и в итоге повышает
эффективный КПД.
Еще одной отличительной особенностью заявляемого способа является то, что подают в цилиндр дозу
топлива, пропорциональную одному из чисел в ряду 1, 2, 3.
Характеристика зависимости КПД дизельного двигателя от дозы сжигаемого за цикл топлива имеет явно
выраженный оптимум (см. фиг. 2). Максимальную мощность можно получить при сжигании в цилиндре
наибольшей дозы топлива - Д3, при превышении которой уже не обеспечивается полное сгорание и двигатель не только резко снижает экономичность, но и выходит за допустимые экологические показатели.
Для двигателя, принятого за прототип, при запуске коэффициент избытка воздуха может быть равен единице и даже меньше. При этом в цилиндрах сжигается максимальное количество топлива. Однако режим горения топлива выходит при этом из оптимальных значений, часть топлива не догорает, двигатель начинает
дымить (что допускается при эксплуатации автомобиля кратковременно, только на запуске).
Этот режим работы в заявляемом двигателе соответствует подаче дозы топлива в цилиндр пропорционально числу 3.
При дозе сжигаемого в цилиндре топлива в полтора раза меньше - Д2, то есть пропорционально числу 2,
коэффициент избытка воздуха составит величину от 1,5 до 2,0, при этом достигается оптимум КПД, двигатель работает в самом экономичном режиме.
В связи с тем, что топливо подают за счет его предварительной деформации в заданном объеме, числу 3
соответствует максимальный деформируемый объем, который, как это отмечено выше, может быть использован только кратковременно, когда требуется максимально возможная мощность. Для обеспечения длительной и экономичной работы требуется другая величина объема деформируемой жидкости, которая соответствует дозе, пропорциональной числу 2. Следовательно, для осуществления способа и достижения как
оптимального режима работы, так и получения возможности увеличить мощность до максимально допустимой необходимо два различных объема, в которых деформируют подаваемое в цилиндр топливо. Если выполнить эти объемы один в два раз больше другого, то в сумме они образуют объем, пропорциональный числу 3, один из них при этом представляет собой объем, пропорциональный числу 2, а другой - числу 1.
Наличие дополнительного объема деформированной жидкости, пропорционального числу 1, позволяет
использовать его для расширения возможностей регулирования мощности двигателя. Этот объем не только
обеспечивает максимальную мощность при его подключении к другому объему, но и при использовании
только объема, пропорционального числу 1 - доза Д1, появляется дополнительно возможность работы двигателя на пониженной мощности при сохранении условий горения топлива, близких к оптимальным.
И, наконец, отключение подачи топлива в цилиндр, так же как в прототипе, означает подачу в цилиндр дозы
топлива, пропорциональной числу 0 (см. ограничительную часть формулы).
Таким образом, подавая в цилиндр дозу топлива, пропорциональную одному из приведенных чисел: 1, 2,
3, обеспечивают работу двигателя во всем диапазоне нагрузок транспортного средства. При этом работа с
дозами, пропорциональными числам 1 и 2, обеспечивает коэффициент избытка воздуха в пределах от 3,0 до
1,5, что является оптимальным диапазоном для дизельного двигателя.
Благодаря следующей отличительной особенности заявляемого способа, а именно регулирование количества топлива осуществляют, изменяя по заданной программе в зависимости от режима работы транспортного средства дозу подаваемого топлива индивидуально для каждого цилиндра двигателя, получают требуемую мощность силовой установки для выполнения различных функций транспортного средства.
6
BY 3900 C1
При достаточно большом количестве цилиндров это позволяет не только получить требуемую для выполнения конкретной функции мощность, но и обеспечить изменение вырабатываемой двигателем мощности практически в полном соответствии с мощностью, требуемой для работы транспортного средства. Таким
образом, обеспечивается аналоговый режим регулирования при дискретном изменении дозы топлива, что позволяет оптимальным образом расходовать топливо для получения требуемой энергии. При этом благодаря
тому, что в любой из цилиндров может быть подана любая из ряда 1, 2, 3 доза топлива, достигается плавная
характеристика переходных процессов при изменении нагрузок на транспортное средство.
Благодаря следующей отличительной особенности заявляемого способа, а именно в результате того, что
изменяют опережение впрыска топлива по углу поворота вала двигателя в зависимости от числа оборотов
вала и дозы впрыскиваемого топлива, регулируя в программе управления момент подачи команды на
впрыск топлива, предлагаемый способ регулирования мощности позволяет также оптимизировать процесс
сжигания топлива, то есть начало и продолжительность сгорания.
Отличительной особенностью заявляемого способа является также то, что в силовой установке устанавливают не менее чем два двигателя, при изменении режима работы транспортного средства на режим с
меньшей потребляемой мощностью прекращают подачу топлива во все цилиндры одного из двигателей с отключением вала этого двигателя от трансмиссии, а при изменении режима работы транспортного средства
на режим с большей потребляемой мощностью запускают остановленный двигатель, подавая в его цилиндры
топливо, и подключают его вал к трансмиссии. При этом появляется возможность группировать цилиндры в
отдельные двигатели.
Такое техническое решение позволяет значительно упростить систему регулирования мощности, а также
организовать рекуперацию энергии движущихся частей двигателя. Прекращение подачи топлива во все цилиндры одного из двигателей с отключением вала этого двигателя от трансмиссии упрощает алгоритм управления остальными цилиндрами, позволяет получить независимость отключенного двигателя от остальной силовой установки и, следовательно, использовать его для других полезных целей, например использовать
энергию его движущихся масс, как это описано ниже, а также, благодаря общей системе смазки и охлаждения с работающим двигателем, использовать остановленный двигатель в качестве дополнительного устройства отвода тепла.
В то же время запуск остановленного двигателя при повышении мощности осуществляется гораздо быстрее и с меньшим отклонением от оптимальных условий горения топлива в цилиндрах. Повторный запуск остановленного двигателя при работающей силовой установке выполняется без использования режима максимальной мощности в цилиндрах (подачи дозы топлива, пропорциональной числу 3), что улучшает
экологичность установки в целом.
Таким образом, основным режимом сгорания топлива в цилиндрах двигателя является режим с подачей
дозы топлива, пропорциональной числу 2 - доза Д2 при максимальном КПД двигателя. При регулировании
мощности по заявляемому способу практически в любых условиях эксплуатации транспортного средства
(кроме момента первоначального запуска) имеется возможность получить необходимую мощность энергетической установки при одной и той же (пропорциональной числу 2) дозе подаваемого в цилиндр топлива,
то есть работать при максимальном КПД. Требуемую мощность при этом получают соответствующим набором в единицу времени числа циклов сжигания топлива в цилиндрах.
Рекуперацию энергии движущихся частей двигателя при использовании в силовой установке нескольких
двигателей с отдельными валами осуществляют за счет еще одной отличительной особенности заявляемого
способа, а именно при отключении вала двигателя от трансмиссии энергию торможения движущихся частей
отключенного двигателя преобразуют в импульсы гидравлической энергии, которые превращают в механическую энергию маховика.
Тем самым энергия движущихся частей отключенного двигателя не рассеивается при его остановке, как в
известных двигателях, а запасается в энергию маховика и может быть использована, что экономит топливо.
При этом появляется возможность использовать еще одну отличительную особенность заявляемого способа, заключающуюся в том, что при запуске двигателя его вал предварительно раскручивают до заданной
частоты за счет импульсов гидравлической энергии, получаемых с использованием энергии маховика.
Это позволяет осуществить ускоренный запуск остановленного двигателя, так как за счет энергии, запасенной в маховике, двигатель может быть раскручен до числа оборотов в пределах от 100, как это делают за
счет стартера в известных дизельных двигателях, до 900 об/мин и даже больше, вплоть до номинального
числа оборотов двигателя.
Ускоренный запуск остановленного двигателя при осуществлении заявляемого способа осуществляется благодаря той отличительной особенности, что температурный режим всех двигателей силовой установки поддерживают одинаковым, объединив их системы смазки и охлаждения.
Экономию топлива обеспечивает также еще одна отличительная особенность заявляемого способа, а
именно та, что энергию торможения транспортного средства преобразуют в импульсы гидравлической энергии, которые превращают в механическую энергию маховика, а затем используют энергию маховика для запуска двигателей и (или) для разгона транспортного средства.
7
BY 3900 C1
Тем самым, используя рекуперацию энергии торможения всего автомобиля, уменьшают затраты топлива на
выработку энергии в последующих режимах эксплуатации транспортного средства.
Силовая установка для осуществления заявляемого способа кроме элементов, обеспечивающих выполнение рассмотренных выше функций, которые в основном могут быть реализованы уже известными средствами, имеет дополнительно свои отличительные особенности, обеспеченные разделением функций между элементами силовой установки.
Первой отличительной особенностью конструкции является то, что система регулирования мощности
снабжена программируемым задающим блоком, программное обеспечение которого выполнено с возможностью изменения программы регулирования при эксплуатации, в системе подачи топлива установлен дозатор,
снабженный подключенными к цилиндрам двигателя гидроаккумуляторами деформируемого топлива, которые через переключатели подключены к системе регулирования мощности.
Эти особенности конструкции системы регулирования и топливной системы обеспечивают осуществление дискретного регулирования количества топлива, подачу в цилиндр заданной дозы топлива или отключение цилиндра в зависимости от команды, выработанной программой регулирования, что улучшает его экономичность, как это описано выше.
Другой отличительной особенностью конструкции является то, что гидроаккумуляторы деформируемого
топлива, установленные в системе подачи топлива, выполнены с отношением их объемов как 1:2. Наличие
двух гидроаккумуляторов деформируемого топлива при таком соотношении их объемов не только обеспечивает максимальную мощность при одновременном их подключении к цилиндру, но и при использовании
только меньшего из объемов позволяет получить дополнительно возможность работы двигателя на пониженной мощности при сохранении условий горения топлива близкими к оптимальным.
Еще одной отличительной особенностью конструкции является то, что плунжер топливного насоса снабжен подпружиненной втулкой, установленной с возможностью перемещения совместно с плунжером после
достижения заданного давления нагнетания.
Эта отличительная особенность насоса позволяет использовать его в качестве регулятора давления в гидроаккумуляторах деформируемого топлива и тем самым поддерживать строго постоянным давление подачи
топлива в цилиндр и улучшить процесс сгорания топлива, как это описано выше.
Регулирование количества топлива изменением по заданной программе в зависимости от режима работы
транспортного средства дозы подаваемого топлива индивидуально для каждого цилиндра энергетической
установки обеспечивается той отличительной особенностью конструкции, что каждый цилиндр энергетической установки подключен к своим индивидуальным гидроаккумуляторам через индивидуальные переключатели.
Таким образом, обеспечивается изменение вырабатываемой энергетической установкой мощности практически в полном соответствии с мощностью, требуемой для работы транспортного средства.
Преобразование энергии в заявляемой установке, в том числе и рекуперация энергии, осуществляется
благодаря еще одной отличительной особенности устройства силовой установки, а именно тем, что она
снабжена дополнительным маховиком, соединенным с обратимым преобразователем гидравлической энергии в механическую, который соединен с гидросистемой через клапаны, подключенные к системе регулирования мощности.
Эта отличительная особенность установки обеспечивает возможность передавать на маховик и запасать в
нем энергию, при необходимости передавать ее другим агрегатам силовой установки и тем самым экономить
топливо.
При этом рекуперацию энергии движущихся частей остановленного двигателя осуществляют благодаря
той отличительной особенности конструкции, что вал двигателя через механизм, подключенный к системе
регулирования мощности, соединен с обратимым преобразователем гидравлической энергии в механическую, который соединен с гидросистемой через клапаны, подключенные к системе регулирования мощности.
Такое техническое решение позволяет преобразовать энергию движущихся частей двигателя в гидравлическую энергию, передать ее на маховик и полезно использовать.
Кроме того, рекуперацию энергии торможения транспортного средства осуществляют благодаря той отличительной особенности конструкции, что трансмиссия транспортного средства кинематически связана с
обратимым преобразователем гидравлической энергии в механическую, который соединен через клапаны,
подключенные к системе регулирования мощности, с аккумуляторами гидравлической энергии гидросистемы.
Эта отличительная особенность также позволяет преобразовать энергию движущихся частей двигателя в
гидравлическую энергию, передать ее на маховик и полезно использовать.
Значительное упрощение системы регулирования мощности, в том числе упрощение ее программной
части, а также упрощение конструкции силовой установки в целом за счет использования уже отработанных в
промышленности элементов достигается тем, что силовая установка содержит не менее чем два двигателя, системы смазки и охлаждения которых выполнены объединенными, а аккумуляторы гидравлической энергии гид8
BY 3900 C1
росистемы соединены между собой через клапаны, подключенные к системе регулирования мощности. Количество работающих двигателей силовой установки выбирается в зависимости от нагрузки транспортного
средства. При этом каждый из работающих двигателей развивает 80-100 % от номинальной мощности, что
обеспечивает оптимальный КПД работающих двигателей и минимизированный расход топлива.
При реализации приведенной выше отличительной особенности необходимая синхронизация работы
двигателей обеспечивается той отличительной особенностью конструкции, что заявляемая установка снабжена дополнительной зубчатой передачей, зубчатые колеса которой установлены на валах с ведомыми дисками муфт сцепления, один из которых выполнен как первичный вал коробки передач, упомянутые зубчатые
колеса выполнены с одинаковым числом зубьев и кинематически связаны с зубчатым колесом, установленным на первичном валу коробки передач, с помощью паразитных шестерен.
Это техническое решение позволяет обеспечить одинаковый режим работы всех двигателей (число оборотов и нагрузку).
Еще одна отличительная особенность заявляемой установки, а именно то, что при выполнении силовой
установки с двумя двигателями, последние установлены один над другим, позволяет использовать заявляемое изобретение на выпускаемых в настоящее время автомобилях МАЗ без существенной доработки их конструкции, то есть в пределах существующего моторного отсека автомобиля, и при этом обеспечить хороший
доступ к двигателям для обслуживания.
В этом случае два двигателя, выпускаемые в настоящее время Минским моторным заводом, позволяют
обеспечить все эксплуатационные режимы автомобиля МАЗ и в то же время не требуют для использования
их в соответствии с заявляемым изобретением каких-либо изменений в основных узлах и конструктивных
элементах автомобиля. При этом использование заявляемого изобретения позволяет существенно увеличить
экономичность и удобство эксплуатации автомобиля.
В этом случае преимущества заявляемого изобретения обеспечиваются еще одной отличительной особенностью - тем, что оба двигателя снабжены общим корпусным устройством, что позволяет вписаться в габарит моторного отсека МАЗа и разместить оба двигателя на месте двигателя, принятого за прототип.
Таким образом, приведенные отличительные особенности заявляемого изобретения в сравнении с известными техническими решениями позволяют создать автомобиль с существенно меньшим расходом топлива за счет оптимизации режима работы силовой установки при изменении режимов эксплуатации транспортного средства, при этом возможно использование большинства выпускаемых в настоящее время
элементов силовой установки, что соответственно обеспечит конкурентоспособность такого автомобиля на
современном рынке.
На фиг. 1 представлена принципиальная схема силовой установки, поясняющая осуществление заявляемого способа.
На фиг. 2 изображена зависимость КПД двигателя от дозы сжигаемого топлива.
На фиг. 3 представлена схема дополнительной зубчатой передачи при выполнении силовой установки с
двумя двигателями.
На фиг. 4 представлена схема конструкции топливного насоса высокого давления заявляемой силовой установки, обеспечивающая осуществление заявляемого способа.
На фиг. 5 представлен общий вид конструкции установки с двумя двигателями (вид с торца, по оси автомобиля).
Одинаковые элементы заявляемой силовой установки на всех чертежах представлены под одним и тем же
номером позиции.
Заявляемая силовая установка содержит двигатель, включающий цилиндры внутреннего сгорания 1 и 2,
механизм преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное - кривошипно-шатунные
механизмы и коленчатые валы 3 и 4, вращающиеся валы двигателей 5 и 6, трансмиссию 7, включающую коробку передач 8 с механизмами отбора мощности. Трансмиссия снабжена механизмами подключения к валам двигателей, муфтами сцепления 9 и 10, и механизмом передачи механической энергии движителям, колесам 11 автомобиля, - главной передачей 12.
Установка содержит систему подачи топлива, оборудованную топливным баком 13, подкачивающим насосом 14 и насосами высокого давления 15 и 16.
Система регулирования мощности установки, подключенная к системе подачи топлива, включает программируемый задающий блок 17, электронный блок 18 и блок 19 выработки электрических сигналов
управления.
Гидравлическая система установки содержит блок 20 электроуправляемых клапанов. Она оборудована
также обратимыми преобразователями гидравлической энергии в механическую 21, 22, 23 и 24, гидравлическими исполнительными механизмами 25, 26, 27 и 28. Гидравлическая система снабжена аккумулятором 29
гидравлической энергии, масляным баком 30 и насосом 31, причем механизмы трансмиссии - муфты сцепления 9 и 10 - подключены к гидросистеме через исполнительные механизмы 26 и 28.
В системе подачи топлива установлены дозаторы 32, 33 и 34, 35, оборудованные переключателями 36, 37
и 38, 39, подключенными к блоку 19 системы регулирования мощности. Дозаторы выполнены в виде гидро9
BY 3900 C1
аккумуляторов деформируемого топлива, подключенных через соответствующие переключатели к форсункам 40 и 41 цилиндров двигателей.
Гидроаккумуляторы деформируемого топлива 32, 33 и 34, 35, установленные в системе подачи топлива попарно на каждую форсунку, выполнены с отношением их объемов в паре как 1:2.
Каждый цилиндр двигателя 1 и 2 подключен к своим индивидуальным гидроаккумуляторам деформируемого топлива 32, 33 и 34, 35 соответственно через индивидуальные переключатели 36, 37 и 38, 39.
Установка снабжена дополнительным маховиком 42, соединенным с обратимым преобразователем гидравлической энергии в механическую 23, который соединен с гидросистемой через клапаны блока 20, подключенные к блоку 19 системы регулирования мощности.
Валы двигателя 5 и 6 соединены с обратимым преобразователем гидравлической энергии в механическую гидросистемы 21 и 22 через механизмы - муфты сцепления 43 и 44, подключенные к блоку 19 системы
регулирования мощности через гидравлические исполнительные механизмы 25 и 26 и через блок 20.
Трансмиссия 7 транспортного средства кинематически связана с обратимым преобразователем гидравлической энергии в механическую 24, который соединен через клапаны блока 20, подключенные к системе регулирования мощности, с аккумулятором гидравлической энергии 29 и баком 30 гидросистемы.
В силовой установке смонтировано не менее чем два двигателя 45 и 46, системы смазки и охлаждения
всех двигателей выполнены объединенными, а аккумулятор гидравлической энергии 29 и бак 30 гидросистемы соединены между собой через клапаны блока 20, подключенные к системе регулирования мощности.
Установка оборудована также трубопроводами и обратными клапанами прямого действия, показанными
на схеме фиг. 1, и датчиками 47 и 48 числа оборотов валов двигателей 45 и 46. Датчики 47 и 48 подключены к
программируемому задающему блоку 17 системы регулирования мощности. При этом большой стрелкой показано воздействие водителя на задающий блок 17. Водитель так же, как и в компьютерных играх, выбирает
программы управления в зависимости от загрузки автомобиля, дорожных условий, требуемой скорости передвижения и других, а во время движения автомобиля изменяет программы в соответствии с дорожной ситуацией и необходимыми операциями.
Схема дополнительной зубчатой передачи изображена на фиг. 3. Эта передача снабжена зубчатыми колесами 49 и 50, которые установлены на валах 51 и 52 с ведомыми дисками муфт сцепления 9 и 10, один из которых - вал 52 - выполнен как первичный вал коробки передач 8, упомянутые зубчатые колеса выполнены с
одинаковым числом зубьев и кинематически, при помощи паразитных шестерен 53 связаны с зубчатым колесом 50, установленном на первичном валу 52 коробки передач 8 (на фиг. 3 показан только вариант с двумя
двигателями и показана только одна паразитная шестерня).
Плунжер 54 топливного насоса высокого давления 15 или 16 (см. фиг. 4) снабжен подпружиненной втулкой 55, установленной на направляющей 56 с возможностью перемещения совместно с плунжером после
достижения заданного давления нагнетания. Плунжер 54 выполнен с диаметром D, несколько большим чем
диаметр d направляющей 56. При достижении заданного давления разница площадей сечения плунжера 54 и
направляющей 56 создают силу, преодолевающую натяжение пружин, действующих на втулку 55, и последняя перемещается уже совместно с плунжером 54. Давление жидкости перестает увеличиваться, так как не
происходит изменения объема над плунжером.
При выполнении силовой установки с двумя двигателями они установлены один над другим в соответствии со схемой, представленной на фиг. 5. Это позволяет не только обеспечить размещение двигателей в моторном отсеке, но и существенно улучшить удобство обслуживания обоих двигателей. При этом оба двигателя 45 и 46 снабжены общим корпусным устройством 57. Устройство 57 может быть выполнено в виде общего
картера для обоих двигателей 45 и 46 (как это показано на фиг. 5) или выполнено в виде общей для них подвески 58. Оба двигателя 45 и 46 снабжены также общей системой смазки и охлаждения. При этом масляный
насос устанавливают в картере нижнего двигателя и соединяют оба двигателя трубопроводами.
Заявляемый способ регулирования мощности силовой установки при работе транспортного средства
осуществляют следующим образом.
В исходном состоянии, перед началом движения автомобиля, топливный бак 13 заправляют топливом, а
бак 30 - рабочей жидкостью гидросистемы. Включают насос 31 и заполняют все агрегаты гидросистемы
жидкостью, полностью вытесняя из них воздух.
Затем повышают давление жидкости в аккумуляторе 29 до заданной величины с помощью этого же насоса 31, который выполнен с автоматическим регулированием на повышение давления при уменьшении подачи насоса. Таким образом, в аккумуляторе 29 создают импульс сжатой жидкости.
При переключении клапанов блока 20 импульс сжатой жидкости может быть направлен в преобразователь 23, установленный в режим гидромотора, и превращен в механическую энергию вращающегося маховика 42. Таким образом, с помощью маховика 42 может быть накоплено достаточно большое количество
энергии даже при малой мощности насоса 31.
Запуск любого из двигателей 45 или 46 может производиться за счет гидравлической энергии в аккумуляторе 29 и (или) механической энергии маховика 42.
10
BY 3900 C1
Например, для запуска двигателя 45 с помощью клапанов блока 20 соединяют гидроаккумулятор 29 с
преобразователем 21, установленным в режим гидромотора. Исполнительным механизмом 25 включают
муфту 43 и за счет энергии импульса сжатой жидкости из аккумулятора 29 приводят во вращение вал 5 двигателя 45.
Затем включают подкачивающий топливный насос 14 и исполнительным механизмом 26 включают муфту 9, приводят в действие насос высокого давления 15 и деформируют топливо в дозаторах 32, 33, которое
закачено туда подкачивающим насосом 14.
При нехватке энергии в гидроаккумуляторе 29 переключают клапаны блока 20 и подают в гидроаккумулятор новый импульс сжатой жидкости, установив преобразователь 23 в режим насоса и использовав энергию, запасенную в маховике 42, а затем повторяют описанные выше переключения для передачи энергии на
запускаемый двигатель 45 до достижения заданных параметров запуска.
При достижении заданного числа оборотов вала 5 по показаниям датчика 47 от блока 19 поступает сигнал на открытие переключателей 36 и 37. В цилиндр 1 через форсунку 40 впрыскивается доза топлива, пропорциональная числу 3, и происходит запуск двигателя 45.
В случае недостачи энергии повторяют описанные выше операции по превращению гидравлической
энергии, получаемой в насосе 31, в энергию импульсов сжатой жидкости в аккумуляторе 29, преобразованию гидравлической энергии в механическую и накопление последней в маховике 42, с повторением операций по запуску. Этот случай возможен при длительной остановке и значительном охлаждении двигателей.
Расчеты, выполненные авторами, показали, что при остановке только одного из двигателей сохраняется достаточно высокая температура его деталей и повторный запуск обеспечивается за счет энергии сжатой жидкости в аккумуляторе 29 при одном цикле разрядки последнего, то есть за счет только одного импульса гидравлической энергии, как это описано выше.
Таким образом, заявляемое изобретение позволяет осуществить запуск дизельного двигателя без использования каких-либо пусковых двигателей, а только за счет выработки гидравлической энергии, ее преобразования и накопления, при необходимости энергии с помощью маховика 42.
При работе транспортного средства запускают оба двигателя энергетической установки, подавая в ее цилиндры 1, 2 и сжигая там топливо. Энергию полученных газов преобразуют в механическую энергию вращающихся валов 5, 6 известным способом с помощью кривошипно-шатунных механизмов и коленчатых валов 3, 4 и передают эту энергию с помощью трансмиссии 7 к движителям 11 с помощью муфт сцепления 9, 10
и коробки 8 передач и отбора мощности. Часть энергии с помощью обратимых преобразователей гидравлической энергии в механическую 21 и 22 превращают в гидравлическую энергию гидросистемы, которую аккумулируют в аккумуляторе гидравлической энергии 29.
Для накопления избыточной при работе транспортного средства энергии используют дополнительный
маховик 42, соединенный с обратимым преобразователем гидравлической энергии в механическую 23, который соединен с гидросистемой через клапаны блока 20 электроуправляемых клапанов, которые подключены
к блоку 19 выработки электрических сигналов управления системы регулирования мощности.
Преобразование гидравлической энергии в механическую и наоборот осуществляют импульсами. Например, при наличии избыточной энергии на вале 5 двигателя 45 с помощью гидравлического исполнительного
механизма 25 и муфты сцепления 43 приводят в действие преобразователь 21, установленный в режим насоса. Выработанная им гидравлическая энергия в виде импульса сжатой жидкости с помощью клапанов блока 20
направляется в аккумулятор 29. Затем переключают клапаны блока 20 и этот импульс энергии подают на
преобразователь 23, установленный в режим гидромотора, и последний, вращая маховик 42, преобразует
гидравлическую энергию в механическую. Механическая энергия вращающейся массы маховика 42 накапливается и затем используется.
Например, при запуске остановленного двигателя 45 его вал 5 предварительно раскручивают до заданной
частоты за счет импульсов гидравлической энергии, получаемых с использованием энергии маховика. Для
этого с помощью клапанов блока 20 устанавливают преобразователь 23 в режим насоса. За счет энергии маховика 42 с помощью преобразователя 23 вырабатывают импульс гидравлической энергии и направляют его
в аккумулятор 29. Затем, переключив клапаны блока 20, этот импульс направляют в преобразователь 21, установленный в режим гидромотора, с помощью исполнительного механизма 25 включают муфту сцепления
43 и преобразователь 21 приводит во вращение вал 5 двигателя 45.
Аналогично осуществляют преобразование энергии в других случаях. Например, при отключении с помощью исполнительного механизма 26 и муфты сцепления 9 вала 5 двигателя 45 от вала коробки передач 8
трансмиссии 7 энергию торможения движущихся частей двигателя 45 преобразуют в импульсы гидравлической энергии, для чего с помощью клапанов блока 20 исполнительного механизма 25 включают муфту 43 и
устанавливают преобразователь 21 в режим насоса. Выработанный импульс сжатой жидкости направляют в
аккумулятор 29, переключают клапаны блока 20 и с помощью преобразователя 23, установленного в режим
гидромотора, превращают импульс сжатой жидкости в механическую энергию маховика 42.
Точно так же энергию торможения транспортного средства преобразуют в импульсы гидравлической
энергии, для чего с помощью главной передачи 12 энергию торможения колес 11 передают на преобразова11
BY 3900 C1
тель 24, установленный клапанами блока 20 в режим насоса. Импульс сжатой жидкости направляют в аккумулятор 29, а затем, как описано выше, переключают клапаны блока 20, передают импульс сжатой жидкости
на преобразователь 23, установленный в режим гидромотора, и превращают гидравлическую энергию в механическую энергию маховика 42, которую используют для запуска двигателей, как это описано выше и
(или) для разгона транспортного средства. Для разгона транспортного средства устанавливают клапанами блока 20 преобразователь 24 в режим гидромотора и с помощью главной передачи 12 приводят во вращение колеса 11.
При изменении режима работы транспортного средства заявляемое изобретение позволяет регулировать
мощность как угодно плавно, не используя отключение двигателей. Например, в случае, когда силовая установка оборудована только одним двигателем, все цилиндры которого установлены на одном коленчатом вале, изменяют количество передаваемой движителям - колесам 11 - энергии, регулируя количество топлива,
сжигаемого в любом из цилиндров двигателя, при этом на отдельных режимах прекращают подачу топлива в
цилиндры и отключают вал двигателя от трансмиссии с помощью муфты сцепления.
Регулирование количества топлива осуществляют дискретно, подавая в любой цилиндр дозу топлива,
пропорциональную одному из заданных чисел 1, 2, 3, причем таким числом может быть и 0, когда топливо в
цилиндр не подают. При этом регулирование количества топлива осуществляют, используя деформацию
жидкого топлива в объеме гидроаккумуляторов деформированного топлива дозатора.
Деформацию доз жидкого топлива обеспечивают, настраивая топливный насос 15 и 16 на создание заданного давления в каждом цикле при любом числе оборотов вала. Для этого плунжер 54 (см. фиг. 4) топливного насоса снабжен подпружиненной втулкой 55, установленной с возможностью перемещения совместно с плунжером после достижения заданного давления нагнетания, и в каждом цикле, независимо от числа
оборотов валов коробки передач 8, в гидроаккумуляторах деформированного топлива 32, 33, 34, 35 достигается одно и то же заданное давление. В заявляемой установке это давление составляет величину не менее
300 атм. При этом в объеме дозаторов происходит деформирование жидкости, к заполненному жидкостью
объему дозатора добавляется объем, вытесненный из цилиндра топливного насоса высокого давления 15 или
16.
Соответственно при открытии переключателей 36, 37 или 38, 39 этот дополнительный объем, вызвавший
деформацию жидкости, вытесняется в цилиндр 1 или 2, чем обеспечивается постоянство дозы топлива и оптимизация условий его сжигания в цилиндре двигателя.
При этом благодаря тому, что каждый цилиндр двигателей 1 и 2 подключен к своим индивидуальным
гидроаккумуляторам деформируемого топлива 32, 33 и 34, 35, а соотношение объемов этих гидроаккумуляторов выполнено в паре как 1:2, подают в цилиндр дозу топлива, пропорциональную одному из чисел в ряду
1, 2, 3. При открытии обоих переключателей, например 36 и 37, в цилиндр 1 поступает доза топлива, пропорциональная числу 3, при открытии только переключателя 37 - доза, пропорциональная числу 2, а при открытии только переключателя 36 - доза, пропорциональная числу 1. Когда оба переключателя 36 и 37 закрыты, топливо в цилиндр не поступает, доза топлива равна 0, и поршень в соответствующем цилиндре совершает
холостой ход.
Регулирование количества топлива осуществляют, изменяя по заданной программируемым задающим
блоком 17 программе дозу подаваемого топлива индивидуально для каждого цилиндра энергетической установки в зависимости от режима работы транспортного средства и получаемым от датчиков 47 и 48 показаниям работы двигателей 45 и 46. При этом программируемый задающий блок 17 вырабатывает управляющие сигналы для электронного блока 18, последний распределяет их на элементы блока 19 выработки
электрических сигналов управления, и уже электрические сигналы поступают на исполнительные механизмы
клапанов блока 20, переключая его клапаны в открытое или закрытое положение.
Для оптимизации условий горения топлива в цилиндрах 1 и 2 по показаниям датчиков 47 и 48 изменяют
опережение впрыска топлива по углу поворота вала двигателя в зависимости от числа оборотов вала 5 и 6 и дозы впрыскиваемого топлива (пропорционально какому из чисел 1, 2 или 3 доза будет подана), автоматически
регулируя в программе управления момент подачи команды на впрыск топлива и команды на открытие каких
именно переключателей 36, 37, 38, 39.
В заявляемой силовой установке устанавливают не менее чем два двигателя 45 и 46, при изменении режима работы транспортного средства на режим с меньшей потребляемой мощностью прекращают подачу
топлива во все цилиндры одного из двигателей, например 45, с отключением вала 5 этого двигателя от
трансмиссии путем отключения муфты сцепления 9 с помощью исполнительного механизма 26. А при изменении режима работы транспортного средства на режим с большей потребляемой мощностью запускают остановленный двигатель 45, подавая в его цилиндры топливо, и подключают его вал к трансмиссии с помощью
этих же механизмов.
При этом заявляемое изобретение позволяет обеспечить гораздо более быстрое, чем у известных транспортных средств, включение двигателя и получение от него мощности. Это обеспечивается тем, что температурный режим всех двигателей 45 и 46 энергетической установки поддерживают одинаковым, объединив
их системы смазки и охлаждения.
12
BY 3900 C1
В случаях, когда установка снабжена несколькими двигателями 45 и 46, осуществляют синхронизацию
вращения всех независимых валов 5 и 6 этих двигателей. Для этого коробка передач 8 снабжена дополнительной зубчатой передачей (см. фиг. 3), зубчатые колеса 49 и 50 которой установлены на валах 51 и 52 с ведомыми дисками муфт сцепления, один из которых - вал 52 - выполнен как первичный вал коробки передач
8. Зубчатые колеса 49 и 50 выполнены с одинаковым числом зубьев. Причем зубчатое колесо 49 (при большем чем два количестве двигателей и соответствующие зубчатые колеса остальных двигателей) кинематически связано с зубчатым колесом 50, установленным на первичном валу 52 коробки передач 8, с помощью
паразитных шестерен 53, что обеспечивает при включении муфт 9 или 10 работу двигателей 45 и 46 с одним
и тем же числом оборотов.
При выполнении силовой установки с двумя двигателями они установлены один над другим, как это показано на фиг. 5, при этом оба двигателя снабжены общим корпусным устройством 57. Общее корпусное
устройство 57 позволяет объединить системы смазки и охлаждения обоих двигателей 45 и 46, что обеспечивает быстрое включение остановленного двигателя при работе транспортного средства, как это описано выше. Во время проведения работ по техническому обслуживанию или ремонту двигателей 45 и 46 обеспечивается легкий доступ к их цилиндропоршневым группам, как это видно на фиг. 5, при этом оба двигателя
устанавливаются на общей подвеске 58.
Таким образом, приведенные отличительные особенности заявляемого изобретения в сравнении с прототипом повышают конкурентоспособность транспортного средства, в котором изобретение используется, так
как оно обеспечивает повышение экономичности эксплуатации, а также снижает затраты на изготовление
силовой установки автомобиля.
Расчеты, выполненные авторами, показали, что для автомобиля МАЗ 55516-030 при использовании заявляемого изобретения и установки на нем двух двигателей Минского моторного завода затраты на изготовление силовой установки, в сравнении с имеющимися в настоящее время, уменьшаются на 2000 долл. США, а
экономия топлива на частичных режимах работы автомобиля составляет 4,3 литров/час.
Источники информации:
1. Мацкерле Ю. Современный экономичный автомобиль. – М.: Машиностроение, 1987.
2. А.с. СССР 1776579, МПК В 60К 6/08, 1992.
3. Патент СССР 1760989, МПК F 02B 73/00, 1992.
4. Овсянников М.К., Петухов В.А. Судовые дизельные установки: Справочник. - Л.: Судостроение, 1986.
5. Артемчик А.Я. и др. Автомобили МАЗ 500, МАЗ 503, МАЗ 504. Альбом. - М.: Транспорт, 1969 (прототип).
6. А.с. СССР 1772401, МПК F 02N 7/00, F 02G 5/04, 1992 (прототип).
13
BY 3900 C1
Фиг. 3
Фиг. 2
Фиг. 5
Фиг. 4
Государственный патентный комитет Республики Беларусь.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
14
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
284 Кб
Теги
by3900, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа