СИСТЕМА ПИТАНИЯ КАРБЮРАТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1994 года по МПК F02M21/02 

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) легкого топлива.

Для питания двигателей легкого топлива обычно используются системы, снабженные карбюратором, имеющим устройства для корректировки состава смеси.

Известны системы питания, работающие на жидком и газообразном топливе одновременно, что позволяет снизить токсичность отработавших газов (ОГ) и повысить октановое число топлива.

Наиболее близкой к предлагаемой является система, содержащая карбюратор, снабженный дозирующим устройством жидкого топлива, поступающего через поплавковую камеру, электролизером, питаемым от бортовой электросети, водородосборная полость которого соединена с диффузором карбюратора.

Недостатком этой системы является относительно высокая токсичность ОГ и низкая экономичность, вызываемая невозможностью точного корректирования состава смеси с учетом коэффициента избытка воздуха, опережения зажигания и температурного состояния ДВС на всех режимах.

Целью изобретения является снижение токсичности ОГ, улучшение экономичности за счет более точного дозирования.

Поставленная цель достигается тем, что в известной системе, состоящей из карбюратора с главной дозирующей системой пневматического торможения топлива и сообщенного с карбюратором электролизера, кислородосборная полость электролизера сообщена с топливным каналом главной дозирующей системы, а электроды электролизера подключены к электронному блоку управления, электрически соединенному с датчиком температуры охлаждающей воды в двигателе, датчиком разрежения во впускном трубопроводе и кислородным датчиком, причем электронный блок управления выполнен в виде дифференциального усилителя, выход которого подключен к усилителю мощности, а вход - к усилителям сигналов от датчиков.

На чертеже схематично изображена предлагаемая система питания.

Система состоит из карбюратора 1, имеющего главный воздушный канал (ГВК), содержащий диффузор 2, смесительную камеру 3, дроссельную заслонку 4, топливную поплавковую камеру (или иной регулятор) 5, подключенную к главной дозирующей системе (ГДС) 6, снабженной топливным 7, эмульсионным 8 и воздушным 9 жиклерами, систему 10 холостого хода, электролизера 11, электролитной поплавковой камеры (или иного регулятора) 12 и блока управления 13. Питание системы осуществляется из электролитного бака 14 и топливного бака 15.

Блок управления 13 содержит блок 16 формирования эталонного сигнала с подключенным к нему датчиком 17 температуры блока ДВС и вакуум-датчиком 18, усилитель 19 входного сигнала с подключенным к нему кислородным датчиком 20, дифференциальный усилитель 21, вход которого соединен с блоком 16 и усилителем 19, а выход подключен к усилителю 22 мощности, который является регулятором тока электролизера 11.

Система работает следующим образом.

При запуске ДВС в электролизере 11 газ не генерируется и процесс идет как в обычном карбюраторе: воздух поступает через ГВК, прикрытую дроссельную заслонку 4, а топливо - через систему 10 холостого хода. По мере открытия дроссельной заслонки 4, разрежение в диффузоре увеличивается и эмульсия начинает поступать в смесительную камеру 3 через эмульсионный жиклер 8, при этом воздух в эмульсионную систему поступает через воздушный жиклер 9, обеспечивающий образование обогащенной смеси. Сода же начинает поступать вырабатываемый электролизером 11 газ. Количество поступающего газа зависит от тока электролизера, регулируемого блоком управления 13. Регулирование осуществляется следующим образом.

Под действием сигналов датчика 17 температуры блока ДВС и вакуум-датчика 18 блок 16 формирования эталонного сигнала формирует эталонный сигнал, соответствующий оптимальному составу смеси α. Сигнал о действительном α поступает от кислородного датчика 20 через усилитель 19 в дифференциальный усилитель 21. Последний выдает сигнал, пропорциональный α_опт-α, в усилитель 22, который увеличивает или уменьшает ток электролизера по отношению к начальному (базовому), соответствующему нулевой разности α_опт-α.

Сигнал, соответствующий α_опт, устанавливается блоком 16 при настройке всей системы: карбюратор - блок управления - двигатель. Величина сигнала устанавливается в зависимости от количества газа, требуемого для торможения жидкого топлива, т. е. зависит главным образом от соотношения пропускной способности жиклеров 7-9. Последние определяются режимом работы двигателя, его литражем и другими известными факторами.

На приведенной схеме выполнена система питания, содержащая карбюратор с жиклерами: топливным ⊘ 0,8, воздушным ⊘ 0,5, эмульсионным ⊘ 2 мм. Диффузор - 19,12 мм. Электролизер разлагает воду. В эмульсионный колодец по условию подается кислород.

Коэффициент избытка воздуха равен
α ≈ ≈ (1) где m₁= μ₁F - массовый расход топлива, кг/с; (2) m₂= μ₂F- массовый расход эмульсионного воздуха, кг/с; (3)
m₄= μ₄F - массовый расход воздуха, кг/c; (4)
Δm_н, Δm_о - соответственно массовая производительность электролизера по водороду и кислороду;
ΔР_к = К ˙ΔР_д - разрежение в эмульсионном колодце, н/м²; (5)
K= 1/[1+(F₁/F₂+F₂/F₃)²] ; (6)
μ- коэффициент расхода;
F - площадь проходного сечения, м²;
ΔP_д - разрежение в диффузоре, н/м²;
L_Б = 16,5; L_н - 34,78 - соответственно теоретически необходимое для сгорания 1 кг бензина и 1 кг водорода количество воздуха, кг/кг;
ρ- плотность, кг/м³.

Индексы: т - топливо (бензин); В - воздух; 1,2,3,4 - соответственно топливо, эмульсионный воздух, эмульсия, воздух через основной канал.

Пусть на некотором режиме ΔР_д = 10³ н/м², принимаем μ₁ = 0,85; μ₄ = 0,6; ρ_т= 750 кг/м³; ρ_в = 1,2 кг/м³.

Для выбранных параметров
К = 0,95 о чем сигнализирует кислородный датчик в блок управления 13. Допустим, по условию работы ДВС требуется α = 1,16. Эта величина определяется настройкой блока управления на основании сигналов датчиков 17 и 18, характеризующих состояние систем (опережение зажигания, температура блока).

Из совместного решения уравнений (1), (3), (4) найдем, что для этого случая ΔР_к = 703 н/м², К = 0,703.

Из уравнения (6) следует, что такое значение К может быть получено при воздушном жиклере ⊘ 1,4 мм, при этом массовый расход эмульсионного воздуха равен
m= 0,85·3,14·0,7²·10 5,375·10^-5кг/с
Через жиклер ⊘ = 0,5 мм при этом будет поступать
m= 0,85·3,14·0,25²·10 6,85·10^-6кг/с. Следовательно, необходимо дополнительно подать в эмульсионный колодец воздуха (газа)
Δ m = m¹_2(1,4) - m¹_2(0,5) = 5,375˙ 10^-5 - 6,85 x x10^-6 = 4,7 ˙10^-5 кг/с. Блок управления устанавливает ток, соответствующий выделению такой массы газа по условию кислорода, который подается в эмульсионное устройство ( Δm= Δm_о), а водород - в диффузор. Учитывая, что при электролизе воды выделяется кислорода 0,0829 мг/амп. с, водорода 0,01045 мг/амп. с (m_o/m_н = 7,933), получим процентное содержание водорода (по массе):
Z = = = 1,2·10^-2, т. е. 1/2% При расчете принято μ₁= μ₂= μ₃ = 0,85; плотность воздушнокислородной смеси в эмульсионном колодце принята равной плотности воздуха ρ_в= ρ_см= 1,2 кг/м³.

Поступающий в ГДС кислород уменьшает давление в нем (снижает разрежение) и количество поступающего жидкого топлива уменьшается. Одновременно идет процесс обогащения смеси водородом, поступающим в ГВК, что также способствует снижению токсичности ОГ.

Изменение состава смеси фиксируется кислородным датчиком 20, процесс регулирования возвращается к описанному.

Преимуществом предлагаемой системы по сравнению с прототипом является высокая надежность, точность дозирования на всех режимах. Даже в случае отказа в работе системы блока управления система питания остается работоспособной (будет лишь обогащена смесь). (56) Заявка Великобритании N 1554140, кл. F 02 M 25/12, опублик. 1979.

Использование: в двигателях внутреннего сгорания легкого топлива. Сущность изобретения: система содержит карбюратор 1 с главной дозирующей системой пневматического торможения топлива и сообщенный с карбюратором электролизер 11, кислородосборная полость которого сообщена с топливным каналом главной дозирующей системы. Электроды электродолизера подключены к электронному блоку 13 управления, электрически соединенному с датчиком температуры охлаждающей воды в двигателе, датчиком разрежения во впускном трубопроводе и кислородным датчиком 20. Электронный блок 13 управления выполнен в виде дифференциального усилителя 21, выход которого подключен к усилителю мощности 22, а вход - к усилителям сигналов 16 и 19 от датчиков. 1 ил.

СИСТЕМА ПИТАНИЯ КАРБЮРАТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащая карбюратор с главной дозирующей системой пневматического торможения топлива и сообщенный с карбюратором электролизер, отличающаяся тем, что, с целью повышения экономичности путем более точного дозирования и снижения токсичности, кислородосборная полость электролизера сообщена с топливным каналом главной дозирующей системы, а электроды электролизера подключены к электронному блоку управления, электрически соединенному с датчиком температуры охлаждающей воды в двигателе, датчиком разряжения во впускном трубопроводе и кислородным датчиком, причем электронный блок управления выполнен в виде дифференциального усилителя, выход которого подключен к усилителю мощности, а вход - к усилителям сигналов от датчиков.