УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМИ КЛАПАНАМИ ПОДАЧИ ТОПЛИВА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F02P3/00 

Изобретение относится к электрооборудованию автомобилей, в частности, к системам питания двигателей внутреннего сгорания, работающих на топливной смеси газообразного и жидкого бензинового топлива.

Известно электрическое устройство (1) управления клапанами подачи газового топлива электрически связанное с датчиком открытия дроссельной заслонки. Недостатком этого устройства является то, что управление клапанами производится только в зависимости от состояния контактов датчика дроссельной заслонки без учета оборотов двигателя.

Наиболее близким по технической сущности является устройство (2) управления электромагнитным клапаном экономайзера принудительного холостого хода (ЭПХХ) в системе питания двигателя внутреннего сгорания, работающего на жидком бензиновом топливе. Устройство содержит частотное реле, электрически связанное с датчиком частоты вращения коленчатого вала двигателя и контактами датчика дроссельной заслонки, и силовое реле, связанное с обмоткой клапана ЭПХХ. Недостатком устройства является узкая область применения из-за наличия только одного контура управления с одним частотным порогом включения. Традиционное сложение контуров управления с различными частотными порогами для возможности управления несколькими электромагнитными клапанами приведет к усложнению конструкции устройства управления в целом.

Предлагаемое изобретение позволяет расширить область применения устройства. Оно может использоваться в системах питания ДВС, работающих как на смешанных топливных смесях так и на однородных жидких или газообразных видах топлива.

Положительный эффект от применения технического решения может быть достигнут и благодаря улучшению характеристик двигателя, работающего на смешанных топливных смесях, в части снижения токсичности выхлопных газов и расхода жидкого и газообразного топлива.

Кроме того положительный эффект в эксплуатации автомобиля, не оборудованного штатным ЭПХХ, но деукомплектованного устройством по предлагаемому изобретению позволяет экономить бензин, особенно в режиме принудительного холостого хода двигателя.

Для этого в устройство управления электромагнитными клапанами подачи топлива для ДВС, содержащем первый контур управления с признаками прототипа, введены дополнительный второй контур управления, включающий частотное реле со вторыми порогами срабатывания и отпускания, и силовое реле, связанное с обмоткой второго электромагнитного клапана, и первый, и второй логические элементы, выходы которых подключены соответственно к управляющим входам силовых реле, причем, первые входы логических элементов соединены с выходами частотных реле первого и второго контуров управления, а второй вход первого логического элемента соединен с контактами датчика положения дроссельной заслонки.

Во второй контур управления может быть введено дополнительное частотное реле с третьим порогом срабатывания, выход которого соединен со вторым входом второго логического элемента.

Может быть дополнительно введен третий контур управления, включающий частотное реле с четвертыми порогами срабатывания и отпускания, и силовое реле, связанное с обмоткой третьего электромагнитного клапана, переключатель вида топлива, и третий логический элемент, выход которого соединен с управляющим входом силового реле третьего контура управления, причем, первый вход третьего логического элемента соединен с выходом частотного реле третьего контура управления, второй вход соединен с контактами датчика дроссельной заслонки, а третий вход соединен с одним из контактов переключателя вида топлива, другой контакт которого соединен с третьими входами первого и второго логических элементов.

С помощью этих средств реализуется устройство, обладающее новыми свойствами, которые не проявляются в известных технических решениях.

По предполагаемому изобретению авторы располагают действующими образцами и положительным протоколом испытаний.

На чертеже приведен вариант функциональной схемы устройства управления электромагнитными клапанами подачи топлива для ДВС,
Устройство 1 управления электромагнитными клапанами подачи топлива для ДВС, оснащенного системой питания газобензиновой смеси, в составе электрооборудования автомобиля содержит внешние выходные зажимы 2,3 для подключения положительного и отрицательного полюсов аккумуляторной батареи 4, зажим 5 для подключения контактов 6 датчика дроссельной заслонки, зажим 7 для подключения датчика частоты вращения коленчатого вала двигателя (КВД), например, контактов прерывателя 8 классической батарейной системы зажигания с катушкой 9 и выходные зажимы 10, 11, 12 для подключения обмотки 13 первого клапана подачи газа, обмотки 14 второго клапана подачи газа и третьей обмотки 15 клапана экономайзера принудительного холостого хода бензинового топлива.

Устройство 1 включает формирователь 16 нормированных по длительности импульсов, выполненный, например, как ждущий мультивибратор, преобразователь 17 частоты в напряжение, выполненный, например как аналоговый измеритель средней частоты (Л.С. Горн, Б.И. ХазановУзлы радиометрической аппаратуры на интегральных схемах, Москва, Атомиздат, 1973 г. с. 185.188), к выходу которого подключены первый и второй контуры управления электромагнитными клапанами. Устройство 1, также включает резистор 18, включенный между зажимами 2 и 5 для задания рабочего тока через замкнутые контакты 6 датчика дроссельной заслонки и переключатель 19 вида топлива, общий вывод которого соединен с отрицательным полюсом источника питания через зажим 3.

Первый контур управления включает компаратор напряжения 20, логический элемент 21, выполненный как трехвходовая схема совпадения (И), и силовое реле 22, выполненное как мощный транзисторный ключ, выходные зажимы которого соединены с положительным полюсом источника питания через зажим 2 и обмоткой 13 первого клапана газа через зажим 10, а управляющий вход соединен с выходом логического элемента 21, первый вход которого соединен с выходом компаратора 20, второй вход соединен с контактами 6 датчика положения дроссельной заслонки через зажим 5, а третий вход соединен со вторым контактом переключателя 19. Компаратор 20 в сочетании с элементами 16, 17 выполняет функцию частотного реле, порог включения которого задается опорным напряжением U1 подаваемым на неинвертирующий вход компаратора 20, а порого отпускания определяется резистором 23, включенным между выходом и неинвертирующим входом компаратора 20.

Второй контур управления включает компараторы напряжения 24 и 25, логический элемент 26, выполненный как трехвходовая схема совпадения (И) и силовое реле 27, выполненное как мощный транзисторный ключ, выходные зажимы которого соединены с положительным полюсом источника питания через зажим 2 и обмоткой 14 второго клапана газа через зажим 11, а управляющий вход соединен с выходом логического элемента 26, первый вход которого соединен с выходом компаратора 24, второй вход соединен с выходом компаратора 25, а третий вход соединен со вторым контактом переключателя 19.

Компараторы 24 и 25 в сочетании с элементами 16 и 17 выполняют функцию частотных реле, пороги включения которых задаются опорными напряжениями U2 и U3 cоответственно, подаваемыми на неинвертирующий вход компаратора 24 и инвертирующий вход компаратора 25. Порог отпускания компаратора 24 определяется резистором 28, который включен между его выходом и неинвертирующим входом.

Третий контур управления включает компаратор напряжения 29, логический элемент 30, выполненный как трехвходовая схема сложения (ИЛИ) и силовое реле 31, выполненное как мощный транзисторный ключ, выходные зажимы которого соединены с положительным полюсом источника питания через зажим 2 и обмоткой 15 клапана ЭПХХ бензинового топлива через зажим 12, а управляющий вход соединен с выходом логического элемента 30, первый вход которого соединен с выходом компаратора 29, второй вход соединен с контактами датчика дроссельной заслонки, а третий вход соединен с первым контактом переключателя 19.

Компаратор 29 в сочетании с элементами 16 и 17 выполняет функцию частотного реле, порог включения которого задается опорным напряжением U4, подаваемым на неинвертирующий вход компаратора 29, а порог отпускания определяется резистором 32, включенным между выходом и неинвертирующим входом компаратора 29.

Устройство работает следующим образом.

При работающем двигателе система зажигания вырабатывает импульсы напряжения порядка (300.400) В, поступающие на вход 7 устройства 1. Частота следования входных импульсов пропорциональна оборотам двигателя "n". На выходе ждущего мультивибратора 16 формируются нормированные по длительности импульсы напряжения поступающие на вход аналогового преобразователя 17 частоты в напряжение, в результате чего на его выходе формируется уровень напряжения пропорциональный оборотам двигателя. Выходной сигнал преобразователя 17 одновременно поступает на измерительные входы компараторов напряжения 20, 24, 25 и 29, в которых сравнивается с опорными напряжениями U1, U2, U3, U4. Уровни опорных напряжений удовлетворяют условию: U1>U4>U2≥U3. Если уровень напряжения преобразователя 17 меньше уровней напряжений U1, U2, U3, U4, то на выходе компараторов 20, 24, 29 вырабатывается разрешающий сигнал высокого уровня напряжения, для логического элементов 21, 26 и 30, а на выходе компаратора 25 вырабатывается запрещающий сигнал низкого уровня напряжения для логического элемента 26, и наоборот: при превышении уровня напряжения преобразователя 17 уровней опорных напряжений компараторы 20, 24 и 29 вырабатывают запрещающие сигналы низкого уровня напряжения, а компаратор 25 - разрешающий сигнал высокого уровня напряжения.

Состояние выходов логических элементов 21, 26, 30 зависит также от положения контактов переключателя 19 и контактов 6 датчика дроссельной заслонки. Замыкание контактов 1 или 2 переключателя 19 на минусовой полюс источника питания блокирует работу логических элементов, формируя на их выходах сигналы низкого уровня напряжения, выключающие соответствующие силовые реле. Замкнутое состояние контактов 6, также, является запретным для работы логического элемента 21.

Рассмотрим работу устройства 1 при использовании, например, бинарного вида топлива. Переключатель 19 находится в положении "ГАЗ". Тем самым силовое реле 31 всегда выключено и обмотка клапана ЭПХХ обесточена. Перед запуском двигателя силовые реле 22 и 27 выключения и обмотки 13 и 14 обесточены благодаря замкнутым контактам 6 датчика дроссельной заслонки и низкому уровню напряжения на выходе компаратора 25. При запуске двигателя дроссельная заслонка приоткрыта (контакты 6 разомкнуты), выходное напряжение преобразователя 17 превышает опорное напряжение U3 и компаратор 25 срабатывает и формирует на выходе уже разрешающий уровень напряжения. Таким образом логические элементы 21 и 26 включают силовые реле 22 и 27, и через оба клапана подается газ в карбюратор.

При работе двигателя под нагрузкой (контакты 6 разомкнуты) силовые реле 22 и 27 также включены. При увеличении оборотов двигателя, когда напряжение на выходе преобразователя 17 превышает опорное напряжение U2 (n≈1600 1/мин) компаратор 24 срабатывает и через логический элемент 26 выключает силовое реле 27, обесточивая обмотку 14 второго клапана газа. При дальнейшем увеличении оборотов двигателя напряжение на выходе преобразователя 17 достигает значения равного опорному напряжению U1 (n≈4000 1/мин) и компаратор 20 срабатывает, выключая через логический элемент 21, силовое реле 22, обесточивая обмотку 13 первого клапана газа.

При уменьшении оборотов двигателя, например, в режиме принудительного холостого хода (контакты 6 замкнуты) силовое реле 22 всегда выключено, а силовое реле 27 вновь включается, когда напряжение на выходе преобразователя 17 снижается ниже уровня опорного напряжения U2, и компаратор 24 устанавливается в исходное состояние.

Если автомобиль оснащен, например, только бензиновой системой топливоподачи, переключатель 19 устанавливают в положение "БЕНЗИН". Тем самым силовые реле 22 и 27 выключены.

Работа третьего контура управления аналогична работе первого контура управления, но при замкнутых контактах 6 датчика дроссельной заслонки, т.е. в режиме принудительного холостого хода двигателя. При работе двигателя под нагрузкой (контакты 6 разомкнуты) независимо от оборотов двигателя силовое реле 31 включено, и обмотка 15 клапана ЭПХХ всегда находится под напряжением.

Использование: изобретение относится к электрооборудованию автомобиля и может использоваться в системах бинарного питания двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: устройство содержит: входные зажимы 2, 3 для подключения аккумуляторной батареи 4, зажим 5 для подключения контактов 6 датчика дроссельной заслонки, зажим 7 для подключения датчика частоты вращения коленчатого вала двигателя, например контактов 8 прерывателя, катушку 9 зажигания, формирователь 16 импульсов, преобразователь 17 частоты в напряжение, переключатель 19 вида топлива, частотные реле 20, 24, 25, 29 и логические элементы 21 ,26 ,30. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Устройство управления электромагнитными клапанами подачи топлива для двигателя внутреннего сгорания, содержащее первый контур управления, электрически связанный с датчиком частоты вращения коленчатого вала двигателя и контактами датчика положения дроссельной заслонки, который содержит частотное реле с первыми порогами срабатывания и отпускания и силовое реле, соединенное с обмоткой первого электромагнитного клапана, отличающееся тем, что введен второй контур управления, который содержит частотное реле с вторыми порогами срабатывания и отпускания и силовое реле, соединенное с обмоткой второго электромагнитного клапана, и первый и второй элементы совпадения, выходы которых подключены к управляющим входам соответствующих силовых реле, причем первые входы элементов совпадения соединены с выходами частотных реле первого и второго контуров управления, а второй вход первого элемента совпадения соединен с контактами датчика положения дроссельной заслонки. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что второй контур управления снабжен дополнительным частотным реле с третьим порогом срабатывания, выход которого соединен с вторым входом второго элемента совпадения. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что введен третий контур управления, содержащий частотное реле с четвертыми порогами срабатывания и отпускания и силовое реле, соединенное с обмоткой третьего электромагнитного клапана, переключатель вида топлива, и третий элемент совпадения, выход которого соединен с управляющим входом силового реле третьего контура управления, причем первый вход третьего элемента совпадения соединен с выходом частотного реле третьего контура управления, второй вход соединен с контактами датчика дроссельной заслонки, а третий вход соединен с одним из контактов переключателя вида топлива, другой контакт которого соединен с третьими входами первого и второго элементов совпадения.