Изобретение относится к области управления подачей топлива в двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Оно может быть использовано в системах питания автомобильных, авиационных, судовых и других многоцилиндровых высокооборотных ДВС с центральным впрыском газообразного или жидкого топлива.
Известны системы центрального впрыска топлива в ДВС (патент США N 4718383, кл. F 02 M 7/00, 1988; заявка Великобритании N 1556998, кл. F 02 M 51/02, 1988). Но в качестве прототипа целесообразно рассмотреть систему центрального впрыска топлива фирмы BOSCH, представленную на интернациональном конгрессе и выставке в Детройте, Мичиган в феврале 1987, а также на международной выставке в Москве в 1989. Эта система содержит датчик оборотов ДВС, датчик угла поворота дроссельной заслонки и другие датчики, соединенные с электронным блоком управления, выход которого через усилитель подключен к центральному дозатору топлива, выполненному с использованием электромагнитного клапана-форсунки.
Реализованный в указанных системах способ центрального впрыска основан на времяимпульсном дозировании топлива прецизионными быстродействующими клапанами-форсунками в очень малом интервале времени, определяемом длительностью такта всасывания в одном цилиндре при максимальных оборотах ДВС.
Поэтому указанные системы не могут обеспечить центральный впрыск топлива при существенном увеличении мощности ДВС, которая может быть достигнута, например, совокупностью следующих параметров: увеличением числа цилиндров ДВС (например, больше 8); увеличением максимальных оборотов коленвала ДВС (например, больше 10000 об/мин); увеличением суммарного объема цилиндров ДВС (например, больше 10 литров).
Указанные системы не могут также обеспечить центральный впрыск в ДВС газообразного топлива.
Причиной ограниченности возможностей существующих систем центрального впрыска является то, что при увеличении числа цилиндров ДВС, их суммарного объема, при росте максимальных оборотов ДВС и его мощности очень сильно ужесточаются временные, объемно-пропускные, ресурсно-надежностные, конструктивные, технологические, электромагнитные и эксплуатационные требования, предъявляемые к центральному дозатору топлива, в частности к используемым в нем прецизионным клапанам-форсункам. Причем для газообразного топлива ужесточение этих требований происходит быстрее, чем для жидкого топлива.
При указанных выше (заданных для примера) параметрах ДВС в существующих дозаторах клапан-форсунка для центрального впрыска жидкого, и тем более газообразного топлива, практически не может быть реализован, так как в этом случае электромагнитный клапан-форсунка должен бы был гарантированно обеспечить при более высокой производительности время одного полного цикла впрыска топлива (открывание, дозирование, закрывание) в режиме максимальной мощности ДВС менее 1,5 мс, а в режиме холостого хода ДВС менее 0,4 мс, что практически невыполнимо.
Задачей изобретения являются: обеспечение возможности реализации системы центрального впрыска газообразного (а также жидкого) топлива под давлением в ДВС любой требуемой мощности, с любым заданным числом цилиндров, с любым суммарным объемом цилиндров, с любыми максимальными оборотами коленчатого вала при сохранении всех положительных качеств, присущих системам с впрыском топлива высокой точности дозирования топлива, высокой экономичности расхода топлива и выполнения требований современных экологических норм на ДВС; существенное упрощение требований к временным и объемно-пропускаемым параметрам топливных клапанов (ТК), используемых в центральном дозаторе топлива; увеличение ресурса работы центрального дозатора топлива, повышение эксплуатационной надежности системы центрального впрыска в целом.
Задача решается тем, что в способе центрального впрыска газообразного или жидкого топлива, включающем времяимпульсное дозирование топлива в системе питания ДВС, обеспечивающей поддержание давления топлива на входе центрального дозатора, содержащего N топливных клапанов, формирование электронным блоком управления с привязкой к синхронизирующим импульсам от датчика оборотов ДВС каждому топливному клапану индивидуальной последовательности открывающих импульсов, каждый из N топливных клапанов сигналом по отдельной цепи от электронного блока управления периодически открывают на отрезок времени дозирования топлива, не превышающей суммы N периодов максимально возможной частоты следования импульсов от датчика оборотов ДВС, впрыскивая за время открытия одного топливного клапана 1/N долю дозируемого для данного режима работы ДВС количества топлива, при этом моменты начала открывания каждого топливного клапана повторяют периодически с частотой в N раз меньшей частоты следования импульсов от датчика оборотов ДВС, а фазы моментов начала открывания отдельных топливных клапанов относительно друг друга равномерно сдвигают циклически во времени на величину текущего интервала между двумя соседними импульсами датчика оборотов ДВС. В качестве импульсов датчика оборотов ДВС используют импульсы от системы зажигания ДВС.
На фиг.1 представлена функциональная схема системы центрального впрыска топлива в ДВС; на фиг. 2 приведены временные диаграммы, поясняющие ее работу.
Система питания ДВС 1, реализующая предлагаемый способ центрального впрыска топлива, содержит тракт топлива, в который входят последовательно соединенные резервуар 2 топлива, топливный фильтр 3, магистральный клапан 4 топлива, устройство 5 обеспечения постоянного давления топлива, центральный дозатор 6 топлива (ЦДТ), смеситель 7 топлива с воздухом, поступающим от дозатора 8 воздуха 9. Электронный блок 10 управления (ЭБУ) получает информацию от датчика 11 импульсов системы зажигания (датчика оборотов), а также от других датчиков 12 ДВС. ЭБУ 10 управляет индивидуально по отдельным цепям 13 с частотой, длительностью и фазой открытия каждого дозирующего ТК 14, 15, 16 в ЦДТ 6.
В ЦДТ 6 устанавливается несколько (N) конструктивно простых медленнодействующих ТК 14, 15, 16, суммарная производительность которых и последовательность работы по описанному ниже алгоритму может обеспечить любой многоцилиндровый ДВС требуемым количеством и качеством топливной смеси в интервале всего диапазона оборотов коленвала и нагрузки.
В соответствии с этим алгоритмом каждый ТК а ЦДТ должен полностью открываться импульсом от ЭБУ на отрезок времени дозирования топлива, не превышающий суммы N периодов максимально возможной частоты следования импульсов от системы зажигания ДВС. Выбрав число N достаточно большим, можно обеспечить большие легко реализуемые времена открывания, полностью открытого состояния и закрывания ТК простейшей конструкции.
ЭБУ 10 обеспечивает индивидуально по отдельной цепи каждому ТК в ЦДТ 6 выдачу последовательности одинаковых по амплитуде и длительности открывающих импульсов 18, 19, 20 с частотой в N раз меньшей текущей частоты следования импульсов 17 от системы зажигания, зависящей от текущих оборотов коленвала ДВС. Длительность формируемых ЭБУ импульсов определяет степень дозирования топлива в данном режиме работы ДВС.
Указанные индивидуальные последовательности импульсов для каждого ТК в ЦДТ циклически сдвинуты по фазе относительно друг друга на величину текущего интервала между двумя соседними импульсами зажигания во всем диапазоне оборотов коленвала ДВС.
При наличии в ЦДТ N ТК, каждый из них будет коммутировать 1/N долю дозируемого для данного режима ДВС топлива, что позволяет в N раз уменьшить площадь сечения жиклерного отверстия в каждом отдельном ТК и в 
раз уменьшить ход его подвижного элемента. Это обеспечивает уменьшение времени открывания и закрывания ТК, что наиболее существенно при дозировании газообразного топлива.
Большие допустимые времена открывания и закрывания ТК уменьшают ускорения и скорости перемещения подвижных частей ТК, ударные нагрузки в нем. Как следствие, уменьшается износ ТК, повышается ресурс его работы и надежность. Появляется возможность использования в конструкции ТК менее дефицитных материалов, возможность упрощения конструкции ЦДТ и технологии его изготовления, уменьшения мощности, необходимой для обеспечения работы одного ТК. Все это приводит к увеличению эксплуатационной надежности системы центрального впрыска топлива в целом.
В качестве примера рассмотрим возможный вариант реализации устройства центрального впрыска газообразного топлива для четырех-цилиндровых ДВС с максимальным числом оборотов, равным 6000 об/мин. В этом случае максимальная частота следования импульсов зажигания равна 200 имп/сек. Соответственно минимальный период между двумя соседними импульсами равен 5 мсек. Зададимся некоторыми исходными данными.
Предположим, что легко реализуется дозирующий ТК с временем открывания равным 3 мсек и временем закрывания тоже равным 3 мсек. Предположим также, что количество топлива, впрыскиваемое одним ТК за суммарное время его открывания и закрывания (6 мсек), равно количеству топлива, впрыскиваемого полностью открытым ТК в течение 3 мсек, и достаточно для обеспечения дозирования в режиме холостого хода.
Пусть в расчете на один цикл работы одного цилиндра ДВС отношение между максимально и минимально впрыскиваемыми дозами топлива (при предельной нагрузке и на оборотах холостого хода соответственно) составляет 4.
Тогда в режиме максимальной нагрузки ДВС время откpытия ТК должно быть равным 3 мсек х 4 12 мсек.
При принятых исходных данных интервал одного цикла работы ТК, обеспечивающий работу ДВС во всем диапазоне режимов, должен составлять не менее 12 мсек + 3 мсек 15 мсек.
Здесь второе слагаемое является временем закрывания ТК. Поэтому примем интервал одного цикла работы одного ТК равным 15 мсек.
Для определения числа N необходимо этот интервал времени разделить на период максимально возможной частоты следования импульсов зажигания
N 15 мсек 5 мсек 3
Таким образом, в нашем примере ЦДТ должен содержать три простых дозирующих ТК. При этом через площадь сечения жиклерного отверстия каждого ТК будет проходить 1/3 часть необходимого для работы ДВС количества топлива.
Работа четырехцилиндрового ДВС с трехклапанных ЦДТ иллюстрируется временными диаграммами, приведенными на фиг. 2 для числа оборотов, равного 6000 об/мин при частично открытой воздушной заслонке. На фигуре показаны: последовательность 17 импульсов зажигания с периодом, равным 5 мсек; фазы трех циклически сдвинутых последовательностей импульсов 18, 19, 20 напряжения одинаковой длительности, формируемых ЭБУ отдельно для каждого ТК в ЦДТ; диаграммы 21, 22, 23 работы трех ТК в ЦДТ.
Использование: изобретение обеспечивает возможность реализации системы центрального впрыска и дозирование газообразного или жидкого топлива в ДВС любой мощности, при любом заданном количестве цилиндров и любом их суммарном объеме, а также при любых заданных максимальных оборотах коленчатого вала ДВС. Сущность изобретения: в центральном дозаторе топлива, выполненном в виде совокупности нескольких /N/ одинаковых конструктивно простых медленновоздействующих топливных клапанов /ТК/, каждый ТК сигналом по отдельной цепи от электронного блока управления /ЭБУ/ периодически открывается на отрезок времени дозирования топлива, не превышающей суммы N периодов максимально возможной частоты следования импульсов от датчика оборотов или от системы зажигания ДВС, и впрыскивает при этом 1/N долю необходимого для данного режима работы ДВС количества топлива. Число N при заданных параметрах ДВС определяется только возможностью надежной реализации упрощенных требований к отдельному ТК. Чем больше число N, тем большим можно допустить время открывания и закрывания ТК, тем меньше топлива он коммутирует и тем меньше величина хода подвижной части клапана. Моменты начала открывания каждого ТК, определяемые ЭБУ, повторяются периодически с частотой в N раз меньшей текущей частоты следования импульсов датчика оборотов, а фазы моментов начала открывания отдельных ТК в ЦДТ относительно друг друга равномерно сдвинуты циклически во времени на величину текущего интервала между двумя соседними импульсами датчика оборотов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
| Проспект фирмы BOSCH, представленный на международной выставке в Москве в 1989 г. |
