СИСТЕМА ПИТАНИЯ ГАЗОМ И БЕНЗИНОМ АВТОМОБИЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1994 года по МПК F02M21/00 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению, и может быть использовано в системах питания газовых и газобензиновых автомобильных двигателей.

Известна система питания автомобильного двигателя, включающая впускную систему с впускной трубой и карбюратором-смесителем со смесительной камерой и расположенным в ней дросселем, а также управляющим отверстием вакуум-регулятора распределителя зажигания, расположенным непосредственно над кромкой закрытого дросселя, экономайзер принудительного холостого хода (ПХХ), имеющий трехканальный электромагнитный клапан (ТЭК), у которого первый канал сообщен с впускной системой, второй - с атмосферной, а третий - с исполнительным пружинно-диафрагменным механизмом; датчики-сигнализаторы режима ПХХ для управления ТЭКом или, в вариантном исполнении, электромагнитном непосредственного привода клапана экономайзера ПХХ, например в виде микропереключателя на упоре дросселя и датчика частоты вращения; двухступенчатый газовый редуктор с вакуумным разгрузочным устройством выходной ступени и системой холостого хода в виде клапана холостого хода с пружинно-диафрагменным приводом и регулировочного винта, последовательно установленных между первой и выходной ступенями; управляющие каналы, сообщающие разгрузочное устройство и пружинно-диафрагменный привод клапана холостого хода с впускной системой.

Такая система питания применена на автомобилях ВАЗ 2105, ВАЗ-2107 с газовой системой питания производства Навогрудского завода газовой аппаратуры (НЗГА). В этой системе имеются ТЭК и датчики-сигнализаторы ПХХ бензиновой части системы питания, а также описанная выше газовая часть системы питания, причем разгрузочное устройство и пружинно-диафрагменный привод клапана холостого имеют общий участок управляющего канала. Кроме того, в выходной ступени газового редуктора имеется пружинно-диафрагменный экономайзер-обогатитель режимов полной нагрузки и регулировочные винты в выходном канале редуктора, сообщающем выходную ступень с карбюратором.

Недостатки известной системы питания автомобильного двигателя: существенная нестабильность подачи газа на холостом ходу, вызывающая колебания выбросов СО в пределах 0,5-5% и обусловленная тем, что на холостом ходу из-за общего управляющего канала топливоподача осуществляется не только через клапан холостого хода, но и через клапан выходной ступени; повышенный расход газа и токсичность ОГ в режиме принудительного холостого хода в связи с отсутствием газового экономайзера принудительного холостого хода; неоптимальность регулировки системы газового питания на нагрузочных режимах в связи с тем, что вынужденная регулировка выходной ступени редуктора на обеспечение стабильности холостого хода не всегда совпадает с ее регулировкой на оптимальную топливоподачу в режиме нагрузки из-за существенного разброса требований к регулировке холостого хода различных образцов одной модели двигателя, нехарактерного для средних и больших нагрузок. Этот недостаток также вызывает повышение расхода газа и токсичности ОГ; конструктивная сложность из-за наличия в выходном канале регулировочных винтов, а в выходной ступени экономайзера-обогатителя режимов полной нагрузки, обусловленных использованием выходной ступени для регулировки холостого хода.

Цель изобретения - повышение стабильности топливоподачи на холостом ходу, снижение расхода газа и токсичности ОГ, упрощение конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что в системе питания автомобильного двигателя для работы на бензине и газе, включающей впускную систему с впускной трубой и карбюратором-смесителем со смесительной камерой и расположенным в ней дросселем, а также управляющим отверстием вакуум-регулятора распределителя зажигания, расположенным непосредственно над кромкой закрытого дросселя, экономайзер принудительного холостого хода (ПХХ), имеющий трехканальный электромагнитный клапан (ТЭК), у которого первый канал сообщен с впускной системой, второй - с атмосферой, а третий - с исполнительным пружинно-диафрагменным механизмом, датчики-сигнализаторы режима ПХХ для управления ТЭКом или, в вариантном исполнении, электромагнитом непосредственного привода клапана экономайзера ПХХ, например в виде микровыключателя на упоре дросселя и датчика частоты вращения, двухступенчатый газовый редуктор с вакуумным разгрузочным устройством выходной ступени и системой холостого хода в виде клапана холостого хода с пружинно-диафрагменным приводом и регулировочного винта, последовательно установленных между первой и выходной ступенями, управляющие каналы, сообщающие разгрузочное устройство и пружинно-диафрагменный привод клапана холостого хода с впускной системой, управляющие каналы разгрузочного устройства и пружинно-диафрагменного привода выполнены независимыми друг от друга. Канал разгрузочного устройства сообщен с впускной системой через отверстие, расположенное в смесительной камере непосредственно над кромкой закрытого дросселя.

С целью дополнительного упрощения конструкции управляющий канал разгрузочного устройства сообщен с управляющим отверстием вакуум-регулятора распределителя зажигания. Дополнительная экономия газового топлива достигается тем, что пружинно-диафрагменный привод клапана холостого хода сообщен с третьим каналом ТЭК. С целью дополнительного снижения токсичности ОГ и расхода газа первый канал ТЭК сообщен с впускной системой через отверстие, расположенное в смесительной камере непосредственно под кромкой закрытого дросселя диаметрально противоположно отверстию управляющего канала разгрузочного устройства. Для упрощения конструкции датчиков-сигнализаторов в качестве датчика-сигнализатора режима ПХХ используется вакуумный выключатель, сообщенный с впускной трубой. С целью дополнительного упрощения конструкции третий канал ТЭК разветвлен на два канала, из которых один подсоединен к исполнительному пружинно-диафрагменному механизму бензинового экономайзера ПХХ, а другой - к пружинно-диафрагменному приводу клапана газового холостого хода.

В результате предложенного выполнения управляющих каналов и сообщения со смесительной камерой достигается высокая стабильность топливоподачи в режиме минимальной частоты вращения холостого хода, т.к. при этом клапан выходной ступени редуктора полностью заперт разгрузочным устройством, а клапан холостого хода открыт и только через него идет топливоподача. При последующем открытии дросселя отверстие управляющего канала разгрузочного устройства оказывается под дросселем и начинает передавать в разгрузочное устройство задроссельное разрежение, отпирающее выходную ступень редуктора, и она обеспечивает топливоподачу на всех нагрузочных режимах. Вследствие этого нет необходимости регулировать выходную ступень редуктора на холостом ходу, и она может иметь регулировку, оптимальную для нагрузочных режимов, что обеспечивает снижение токсичности ОГ и расхода топлива на этих режимах. Кроме того, представляется возможным исключить регулировочные винты в выходном канале редуктора, которые в известной схеме используются для подрегулировки топливоподачи после регулировки выходной ступени на стабильность холостого хода. Кроме того, представляется возможным обеспечить достаточное обогащение смеси при полной нагрузке без экономайзера-обогатителя.

Сообщение управляющего канала разгрузочного устройства с управляющим отверстием вакуум-регулятора распределителя позволяет использовать для управления разгрузочным устройством и вакуум-регулятором одно и то же отверстие, что упрощает конструкцию.

Сообщение пружинно-диафрагменного привода клапана холостого хода с третьим каналом ТЭК обеспечивает запирание клапана холостого хода в режиме ПХХ. Клапан выходной ступени в этом режиме также заперт, т.к. его управляющее отверстие расположено над кромкой закрытого дросселя. В результате в режиме ПХХ исключается расход газа и токсичные выбросы, т.е. практически обеспечивается эффект действия газового экономайзера ПХХ.

Сообщение первого канал ТЭК с впускной системой через отверстие, расположенное в смесительной камере непосредственно под кромкой закрытого дросселя, диаметрально противоположно отверстию управляющего канала разгрузочного устройства, обеспечивает запирание клапана холостого хода на режимах нагрузки, т. к. отверстие первого канала выходит из-за дроссельного пространства на этих режима. В результате в зоне малых и средних нагрузок работает только выходная ступень редуктора, исключается некоторое переобогащение смеси и, как следствие, снижаются расход топлива и токсичность ОГ. Использование этого технического решения дополнительно улучшает возможности обеспечения требуемого обогащения смеси на полной нагрузке без экономайзера-обогатителя.

Использование в качестве датчика-сигнализатора режима ПХХ вакуумного выключателя, сообщенного с впускной трубой, оправдано в случаях, когда на автомобиле нет бензинового экономайзера ПХХ. В этих условиях применение вакуумного выключателя вместо датчика частоты вращения и микровыключателя на упоре дросселя дешевле и проще. Вакуумный выключатель под влиянием характерного для ПХХ высокого разрежения во впускной трубе размыкает цепь питания ТЭК и тем самым в режиме ПХХ запирает расход газа.

Разветвление третьего канала ТЭК на два канала, которые присоединены к пружинно-диафрагменному механизму бензинового экономайзера ПХХ и пружинно-диафрагменному приводу клапана газового холостого хода, позволяет использовать для запирания расхода как бензина, так и газа в режиме ПХХ одни и те же датчики-сигнализаторы и ТЭК, что существенно упрощает конструкцию.

Применение такого технического решения наиболее целесообразно при газификации бензиновых автомобилей с уже имеющимся экономайзером ПХХ.

На фиг.1-3 показаны принципиальные схемы системы питания автомобильного двигателя.

Система питания автомобильного двигателя включает впускную систему 1 с впускной трубой 2 и карбюратором-смесителем 3 со смесительной камерой 4 и расположенным в ней дросселем 5, в также управляющим отверстием 6, расположенным непосредственно над кромкой 7 закрытого дросселя 5. В вариантном исполнении (фиг.2 и 3) в качестве отверстия 6 используется управляющее отверстие вакуум-регулятора 8 распределителя зажигания 9. Имеется экономайзер 10 с датчиками-сигнализаторами режима ПХХ - датчиком частоты вращения 11 с управлением от цепи 12 низкого напряжения системы зажигания (с присоединением, например, к катушке зажигания 13) и микропереключателем 14, контактирующим с рычагом 15 закрытого дросселя 5. Датчики-сигнализаторы 11 и 14 с управляющим приводом 16 соединены с ТЭК 17. В вариантном исполнении (фиг.2) в качестве датчика сигнализатора ПХХ применен вакуумный выключатель 18, сообщенный каналом 19 с впускной трубой 2. ТЭК 17 имеет пружину 20, сердечник электромагнита 21 с функциями двухстороннего клапана, первый канал 22, сообщенный первым управляющим каналом 23 с впускной трубой 2, второй канал 24, сообщенный с атмосферой через фильтр 25, и третий канал 26, сообщенный каналом 27 с полостью 28 пружинно-диафрагменного механизма 29 системы газового холостого хода 30. В вариантном исполнении (фиг,2) канал 23 сообщен с отверстием 31, расположенным в смесительной камере 4 непосредственно под кромкой 32 закрытого дросселя 5 диаметрально противоположно отверстию 6, а третий канал 26 (фиг.3) разветвлен на два канала 33 и 34, сообщенных с полостью 28 и полостью 35 бензинового экономайзера ПХХ 36 (каналы 47 подводят к бензиновому экономайзеру топливо). Газовый редуктор 37 имеет первую 38 и выходную (вторую) 39 ступени и систему холостого хода 30 с клапаном 40 и регулировочным винтом 41, последовательно установленными между первой 38 и выходной 39 ступенями. Выходная ступень 39 сообщена выходным каналом 42 с карбюратором-смесителем 3, имеет регулировочный винт 43, клапан 44 и вакуумное разгрузочное устройство 45, сообщенное с управляющим отверстием 6 вторым управляющим каналом 46, не зависимым от первого управляющего канала 23.

Работает система питания автомобильного двигателя следующим образом.

В режиме минимальной частоты вращения холостого хода дроссель 5 закрыт и управляющее отверстие 6, располагаясь над кромкой 7 дросселя 5, передает через второй управляющий канал 46 в разгрузочное устройство 45 атмосферное давление (фиг. 1). В результате разгрузочное устройство 45 запирает клапан 44 выходной ступени 39 редуктора 37 и тем самым исключает через нее подачу газа. При этом под воздействием рычага 15 дросселя 5 микропереключатель 14 размыкает цепь, но датчик частоты вращения 11 при столь низкой частоте вращения цепь не размыкает и через него по проводу 16 на ТЭК 17 поступает электропитание, в результате чего сердечник 21, преодолевая сопротивление пружины 20, втягивается вверх и запирает второй канал 24, предотвращая тем самым поступление в ТЭК 17 атмосферного воздуха. Одновременно сердечник 21 отпирает канал 22, что обеспечивает его сообщение через ТЭК 17 с третьим каналом 26. Благодаря этому из впускной трубы 2 через первый управляющий канал 23, открытый первый 22 и третий 26 каналы ТЭК 17 и канал 27 в полость 28 пружинно-диафрагменного механизма 29 системы холостого хода 30 передается разрежение, открывающее клапан 40, который пропускает газ под давлением из первой ступени 38 редуктора 37 через регулировочный винт 41 в выходную ступень 39 и далее через выходной патрубок 42 в карбюратор-смеситель 3.

Таким образом, в режиме минимальной частоты вращения газовое топливо дозируется только через систему холостого хода 30 при закрытом клапане 44 выходной ступени 39. Такая топливоподача отличается высокой стабильностью, т. к. не зависит от степени нечувствительности выходной ступени 39, обусловленной трением в ее соединениях и не всегда достаточной эластичностью ее диафрагмы. Дополнительным фактором стабильности является критическая скорость газа, как правило, возникающая при прохождении газом под давлением регулировочного винта 41, что делает дозирование газа нечувствительным к небольшим возможным колебаниям давления в первой ступени 38.

Стабилизация топливоподачи на холостом ходу предотвращает завышение расхода топлива и токсичности ОГ из-за нестабильности, исключает необходимость заведомого переобогащения смеси во избежание заглоханий двигателя. Кроме того, топливоподача только через систему холостого хода исключает необходимость регулировать на холостом ходу винт 43 выходной ступени 39 редуктора 37, что позволяет регулировать его оптимально для режимов нагрузки. Полученная стабилизация дозирования газа на холостом ходу достигается за счет независимого выполнения первого 23 и второго 46 управляющих каналов и расположения отверстия 6 над кромкой 7 закрытого дросселя 5. Этот эффект сохраняется неизменным и в вариантных исполнениях: когда ради упрощения конструкции в качестве отверстия 6 используется аналогично расположенное управляющее отверстие вакуум-регулятора 8 прерывателя зажигания 9 (фиг.2 и 3). Когда ради упрощения конструкции в качестве датчика-сигнализатора ПХХ используют вакуумный выключатель 18 (фиг.2), поскольку в режиме минимальной частоты вращения передаваемое в него через канал 19 из впускной трубы 2 разрежение еще недостаточно, чтобы разомкнуть цепь электропитания ТЭК 17; когда первый управляющий канал 23 сообщен с впускной системой 1 через отверстие 31 (фиг.2), поскольку в этом режиме оно расположено под кромкой 32 дросселя 5 и передает в ТЭК 17 такое же задроссельное разрежение, как и через отверстие 24 во впускной трубе 2 на фиг.1 и 3. Когда третий канал 26 ТЭК 17 разветвлен на каналы 33 и 34 (фиг.3), что сделано ради упрощения конструкции, т. к. позволяет и для бензина и для газа иметь одну и ту же систему управления режимом ПХХ.

При открывании дросселя 5 и переходе к режимам нагрузки или повышенной частоты вращения холостого хода отверстие 6 переходит под дроссель 5 и через него и второй управляющий канал 46 в разгрузочное устройство 45 передается задроссельное разрежение, что приводит к отпиранию клапана 44 выходной ступени 39 редуктора 37 и вступлению этой ступени в работу. Оперативность вступления в работу выходной ступени 39 и отсутствие провала в топливоподаче в переходный период обеспечивается расположением отверстия 6 непосредственно над кромкой 7 закрытого дросселя.

В этом режиме частота вращения может быть достаточно высокой, чтобы датчик 11 разомкнул цепь электропитания ТЭК 17, но бесперебойное электропитание ТЭК 17 осуществляется через микропереключатель 14, который замыкает цепь в связи с открытием дросселя 5 и отходом его рычага 15. В результате разрежение из впускной трубы 2 передается через ТЭК 17 в полость 28 (фиг.1 и 3) так же, как и в режиме минимальной частоты вращения холостого хода, и газ через систему холостого хода 30 продолжает поступать также и на режимах нагрузки. Такое же положение сохраняется и при использовании в качестве датчика-сигнализатора ПХХ вакуумного выключателя 18 (фиг.2), поскольку передаваемое в него через канал 19 разрежение недостаточно для размыкания его контактов.

В вариантном исполнении (фиг.2), первый управляющий канал 23 сообщен с впускной системой 1 через отверстие 31, расположенное под кромкой 32 закрытого дросселя 5 диаметрально противоположно отверстию 6. При таком расположении отверстие 31 оказывается над дросселем при его открывании и в результате перестает передавать через ТЭК 17 в полость 28 задроссельное разрежение, что приводит к запиранию клапана 40 и прекращению подачи газа через систему холостого хода 30 на режимах нагрузки. Это в зоне малых и средних нагрузок снижает расход топлива и токсичность ОГ.

Поскольку выходная ступень редуктора не участвует в обеспечении топливоподачи на режиме минимальной частоты вращения холостого хода, выбор ее регулировок и газовых жиклеров карбюратора-смесителя могут быть целиком ориентированы на оптимизацию нагрузочных режимов, что ведет к снижению расхода топлива и токсичности ОГ на этих режимах. Они могут быть дополнительно снижены в зонах малых и средних нагрузок за счет описанного выше прекращения на режимах нагрузки топливоподачи через систему холостого хода. Эти мероприятия при соответствующем выборе регулировок позволяют обеспечить при полной нагрузке удовлетворительный уровень обогащения смеси (1-3% по СО) без специального обогатительного устройства в газовой системе питания. Исключение необходимости регулировки выходной ступени редуктора на холостом ходу делает ненужной последующую ее подрегулировку в соединительных каналах между выходной ступенью и карбюратором-смесителем. В связи с этим регулировочные винты могут быть исключены.

В режиме ПХХ, когда дроссель 5 закрыт, а частота вращения выше минимальной холостого хода, оба датчика-сигнализатора ПХХ - 11 и 14 (фиг.1 и 3) размыкают цепь электропитания ТЭК 17. Такое же явление на ПХХ происходит с вакуумным выключателем 18 (фиг.2), который под действием характерного для ПХХ высокого задроссельного разрежения размыкает цепь электропитания ТЭК 17. В результате сердечник 21 под действием пружины 20 опускается вниз, запирая первый канал 22 и сообщая третий канал 26 ТЭК 17 через его второй канал 24 и фильтр 25 с атмосферой, которая попадает в полость 28 пружинно-диафрагменного механизма 29, что приводит к запиранию клапана 40 системы газового холостого хода 30. В этом режиме заперт и клапан 44 выходной ступени 39 редуктора 37, поскольку при закрытом дросселе 5 отверстие 6 находится над дросселем 5 и передает в разгрузочное устройство 45 атмосферное давление, запирающее клапан 44. Таким образом, в режиме ПХХ заперты оба газоподающих клапана 40 и 44, что и обеспечивает полное прекращение подачи газа и связанную с этим экономию топлива в этом режиме.

По отношению к выбранному прототипу предложенный газовый экономайзер ПХХ является сам по себе отличительным признаком. Однако газовый экономайзер ПХХ известен, в частности, по патенту Франции N 2533630, кл. F 02 D 17/04, 1989, что может быть использовано для составления сборного прототипа. Он выполнен в виде отдельного узла, установленного в соединительном газовом патрубке, сообщающем выходную ступень редуктора со смесителем. Он включает клапан с механическим приводом от пружинно-диафрагменного механизма, бездискретно управляемого разрежением из впускной трубы. По сравнению с этим известным предложенный газовый экономайзер значительно проще по конструкции, т.к. практически не требует введения каких-либо новых механизмов (например, вариант с разветвлением третьего канала ТЭК 17). Предложенная схема наиболее соответствует современным условиям газификации автомобилей с максимальным использованием уже имеющихся на них систем бензиновых экономайзеров ПХХ. Кроме того, конструкция по французскому патенту имеет запирающий клапан в соединительном газовом патрубке, что в зонах малых нагрузок при частичном открытии клапана создает дросселирующее влияние на топливоподачу, существенно снижая ее точность по сравнению с жиклерным дозированием. Этого недостатка предложенная конструкция лишена.

Использование: в системах питания газовых и газобензиновых автомобильных двигателей. Сущность изобретения: система питания включает впускную систему с впускной трубой и карбюратором-смесителем со смесительной камерой и расположенным в ней дросселем, а также управляющим отверстием, расположенным над кромкой закрытого дросселя. В качестве отверстия может использоваться управляющее отверстие вакуум-регулятора распределителя зажигания. Имеется экономайзер принудительного холостого хода с датчиком частоты вращения, соединенным с цепью низкого напряжения, например катушки зажигания, и микропереключателем, контактирующим с рычагом закрытого дросселя, управляющим трехканальным электромагнитным клапаном, который может управляться также одним вакуумным выключателем, сообщенным каналом с в пускной трубой. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. СИСТЕМА ПИТАНИЯ ГАЗОМ И БЕНЗИНОМ АВТОМОБИЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащая впускную систему с впускной трубой, карбюратор-смеситель со смесительной камерой и расположенным в ней дросселем, причем в смесительной камере выполнено управляющее отверстие, вакуум-регулятор распределителя зажигания, соединенный со смесительной камерой через управляющее отверстие, выполненное над кромкой дросселя в закрытом состоянии, экономайзер принудительного холостого хода с трехканальным электромагнитным клапаном, исполнительный бензиновый пружинно-диафрагментный механизм, датчики-сигнализаторы режима принудительного холостого хода, датчик частоты вращения, двухступенчатый газовый редуктор, с вакуумным разгрузочным устройством второй ступени и системой холостого хода, состоящей из клапана холостого хода с пружинно-диафрагменным приводом и регулированного винта, последовательно установленных между первой и второй ступенями и управляющие каналы, сообщающие вакуумное разгрузочное устройство и пружинно-диафрагменный привод клапана холостого хода с впускной системой, причем первый канал терхканального электромагнитного клапана сообщен с впускной системой через управляющее отверстие, второй - с атмосферой, а от третьего отходит две ветви, одна из которых сообщена с исполнительным бензиновым пружинно-диафрагменным механизмом, отличающаяся тем, что, с целью снижения расхода топлива, токсичности отработавших газов и упрощение конструкции путем повышения стабильности режима холостого хода, управляющие каналы выполнены несообщающимися друг с другом, причем разгрузочное устройство сообщено с впускной системой через управляющее отверстие. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве по меньшей мере одного датчика сигнализатора режима принудительного холостого хода используется вакуумный выключатель, сообщенный с впускной трубой. 3. Система по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что она снабжена системой газового холостого хода с клапаном и пружинно-диафрагменным приводом клапана. 4. Система по пп.1 - 3, отличающаяся тем, что датчики-сигнализаторы режима принудительного холостого хода соединены с трехканальным электромагнитным клапаном. 5. Система по пп.1 - 3, отличающаяся тем, что экономайзер принудительного холостого хода снабжен клапаном и электромагнитом непосредственного привода клапана. 6. Система по пп. 1 - 3, отличающаяся тем, что датчики-сигнализаторы режима принудительного холостого хода соединены с электромагнитом непосредственно привода клапана экономайзера принудительного холостого хода. 7. Система по пп.1 - 3, 5, 6, отличающаяся тем, что электромагнит непосредственного привода клапана экономайзера принудительного холостого хода выполнен в виде микропереключателя на упоре дросселя и датчика частоты вращения.