Способ стабилизации минимального удельного расхода топлива двигателем внутреннего сгорания

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ МИНИМАЛЬНОГО УДЕЛЬНОГО РАСХОДА ТОПЛИВА ДВИГАТЕЛЕМ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(72) Авторы Бобровник Александр Иванович Тарасенко Виктор Евгеньевич(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(57) Способ стабилизации минимального удельного расхода топлива двигателем внутреннего сгорания мобильной машины посредством автоматического регулирования режима работы двигателя на основе обратной связи с элементами электромеханической трансмиссии, отличающийся тем, что автоматически регулируют частоту вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, закон топливоподачи, рабочий диапазон электромеханической трансмиссии для поддержания значения коэффициента загрузки двигателя внутреннего сгорания в пределах от 0,6 до 0,8 при любом значении скорости движения мобильной машины, при этом при достижении температуры охлаждающей жидкости значения 115 С уменьшают топливоподачу пропорционально дальнейшему росту температуры без учета коэффициента загрузки двигателя внутреннего сгорания. 16411 1 2012.10.30 Изобретение относится к области использования двигателей внутреннего сгорания в мобильных машинах и агрегатах с электромеханической трансмиссией, в частности, применительно к тракторам сельскохозяйственного и промышленного назначения. Широко известны следующие способы эффективного снижения удельного расхода топлива двигателем внутреннего сгорания совмещение технологических операций при возделывании сельскохозяйственных культур и работа на пониженном скоростном режиме двигателя внутреннего сгорания при одновременном включении более высокой передачи трансмиссии трансмиссии 1, 2. Однако приемлемый с точки зрения снижения удельного расхода топлива метод совмещения технологических операций не позволяет поддерживать постоянную скорость движения мобильной машины и агрегата по мере увеличения количества операций. Недостатком упомянутого метода является также и сложность совмещения ряда технологических операций. Работа двигателя внутреннего сгорания на частном скоростном режиме и трансмиссии на повышенной передаче позволяет поддерживать постоянную скорость движения мобильной машины. При этом загрузка двигателя внутреннего сгорания по крутящему моменту возрастает и он работает в зоне минимальных удельных расходов топлива 1. Использование электромеханической трансмиссии на мобильных машинах и агрегатах получило достаточно широкое применение. В частности, данное техническое решение применяется на карьерных самосвалах БеЛАЗ, железнодорожном транспорте, троллейбусах, на новой модели энергонасыщенного трактора БЕЛВАРУС-3023 3. Существенным недостатком рассмотренных энергоустановок является то, что они не обеспечивают условие максимального использования двигателя внутреннего сгорания на его внешней скоростной характеристике (с коэффициентом загрузки двигателя внутреннего сгорания не менее 0,6), они также не имеют возможности рекуперации кинетической энергии при торможении двигателя внутреннего сгорания по команде оператора или при движении мобильной машины и агрегата под уклон. Известны способ стабилизации минимального удельного расхода топлива двигателем внутреннего сгорания и устройство для его осуществления, позволяющее обеспечить за счет задания значения частоты вращения вала двигателя внутреннего сгорания, соответствующего минимальному расходу топлива, сравнения этого значения с величиной допустимого отклонения данного параметра от заданного, при превышении которого вырабатывается сигнал, вызывающий переключение коробки передач, и приводят величину момента сопротивления к диапазону, в котором обеспечивается бесступенчатое регулирование частоты вращения выходного вала вариатора при заданной частоте вращения входного вала, что обеспечивает автоматическую стабилизацию режима работы двигателя внутреннего сгорания на основе обратных связей частоты вращения двигателя с элементами трансмиссии 4. Существенным недостатком данного технического решения является наличие многоступенчатой коробки передач и гидромеханической трансмиссии, что крайне сложно в конструктивном исполнении. К недостаткам следует также отнести использование достаточно сложного управления двумя механическими устройствами многоступенчатой коробкой передач и вариатором с бесступенчатым регулированием частоты вращения (управляемым гидротрансформатором). Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению(прототип) является способ стабилизации минимального удельного расхода топлива двигателя внутреннего сгорания транспортного средства с электромеханической трансмиссией и устройство для его осуществления 5. Недостатком данного способа является наличие пускоостановочных режимов работы двигателя внутреннего сгорания, что приводит к дестабилизации температурного режима по охлаждающей жидкости и маслу, повышенному износу деталей цилиндро-поршневой группы. К недостаткам следует отнести крайне сложную последовательность управления генератором переменного тока и электродвигателем. 2 16411 1 2012.10.30 Задачей изобретения является стабилизация минимального удельного расхода топлива и оптимизация режима работы двигателя внутреннего сгорания при переменном характере нагрузки, передаваемой на электромеханическую трансмиссию, обеспечение требуемого температурного режима по охлаждающей жидкости и маслу. Задача решается тем, что в способе стабилизации минимального удельного расхода топлива двигателем внутреннего сгорания мобильной машины посредством автоматического регулирования режима работы двигателя на основе обратной связи с элементами электромеханической трансмиссии, согласно изобретению, автоматически регулируют частоту вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, закон теплопередачи,рабочий диапазон электромеханической трансмиссии для поддержания значения коэффициента загрузки двигателя внутреннего сгорания в пределах от 0,6 до 0,8 при любом значении скорости движения мобильной машины, при этом при достижении температуры охлаждающей жидкости значения 115 С уменьшают топливоподачу пропорционально дальнейшему росту температуры без учета коэффициента загрузки двигателя внутреннего сгорания. На фигуре представлен график изменения загрузки двигателя внутреннего сгорания при работе, соответствующей внешней и частичной характеристикам. Выполнение технологических и иных работ сопряжено с различными режимами эксплуатации мобильной машины и степенью загрузки двигателя. Согласно предлагаемому решению при загрузке двигателя с коэффициентом 0,6 происходит снижение частоты вращения коленчатого вала двигателя (переход на частичный режим) с одновременным изменением диапазона работы трансмиссии до момента достижения двигателем коэффициента загрузки не менее 0,6. В диапазоне от 1 до 2, соответствующем оборотам коленчатого вала 1 и 2 (фигура), удельный эффективный расход топлива принимает наименьшие значения, следовательно, данный диапазон является оптимальным для работы двигателя. Снижение частоты вращения коленчатого вала приводит к возрастанию крутящего момента с 1 до 2, приближая его к области максимальных значений. При этом автоматическое согласование скоростного режима работы двигателя, закона топливоподачи и рабочего диапазона трансмиссии обеспечивает нагрузку двигателя с коэффициентомне менее 0,6. Эксплуатация двигателя с коэффициентом загрузки 1,0 подразумевает номинальный режим работы (номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания н), при котором развивается максимальная мощность. Совокупность указанных существенных признаков позволяет обеспечить работу двигателя внутреннего сгорания с минимальным удельным расходом при реализации мощности, потребной для передвижения мобильной машины, и выполнения заданной операции. При таком способе обеспечения минимального удельного расхода топлива создаются условия для оптимальной загрузки двигателя внутреннего сгорания в трансмиссии. Источники информации 1. Скотников В.А., Мащенский А.А., Солонский А.С. Основы теории и расчета трактора и автомобиля / Под ред. В.А. Скотникова. - М. Агропромиздат, 1986. - 383 с. 2. Кутьков Г.М. Тракторы и автомобили. Теория и технологические свойства. -М. КолосС, 2004. - 504 с. 3. Умный ход Беларуси в рыночную Европу//Сейбит. - Минск. - 2009. -4. - С. 20-24. 4. Патент 2070649 1, МКИ 602 45/00,60 41/16, 1996. 5. Патент 2338081 1, МПК 602 17/04,02 41/30, 2008 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3