СПОСОБ ПОДАЧИ ГАЗООБРАЗНОГО ТОПЛИВА В ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F02M21/02 F02D19/02 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к регулированию топливоподачи в двигатель, работающий на газообразном топливе.

Известен способ подачи топлива в ДВС, при котором регулируют количество газа, подаваемого во всасывающий тракт, путем изменения его давления.

При этом давление газа перед его подачей через испаритель-теплообменник увеличивают и устанавливают выше давления в топливном баллоне. Превышение давления определяют от нагрузки двигателя с учетом давления газа в топливном баллоне, во всасывающем тракте, номинальной мощности двигателя, степени нагрузки двигателя и плотности газа перед форсункой [1]
Известен способ подачи топлива в ДВС, при котором регулируют расход газообразного топлива двумя дозирующими средствами на топливопроводе, расположенными во впускном разветвленном топливопроводе [2]
Известен также способ подачи топлива в ДВС, при котором подача топлива во впускной тракт двигателя регулируется электронным блоком в зависимости от давления в этом тракте. Топливопроводный расход поддерживается в зависимости от разрежения во впускном патрубке посредством клапанной системы в топливопроводе, соединенном с впускным трактом [3]
Известные способы подачи топлива в ДВС имеют недостаток, характеризующийся чрезмерно ограниченным быстродействием дозирующих средств из-за достаточно великой инерционности подвижных масс у этих средств.

В настоящее время проблемой в организации подачи топлива с его регулированием в ДВС является то, что требуется обеспечить подачу в кратновременный период (время открытия и закрытия клапана составляет меньше одной миллисекунды) достаточно большого количества топлива с использованием средств дозирования, с достаточной минимальной инерционностью подвижных масс и легкостью управления электронным регулятором.

Целью изобретения является повышение быстродействия дозирующих средств и точности дозирования подачи топлива в ДВС за счет использования их множества с минимально допустимой инерционностью подвижных масс каждого в отдельности.

Цель достигается тем, что способ подачи газообразного топлива в двигатель внутреннего сгорания, состоящий из вытеснения под давлением из топливного баллона по топливопроводу во всасывающий тракт через испаритель-теплообменник с регулированием количества топлива и обусловленный следующими особенностями:
регулирование количества топлива, подаваемого во всасывающий тракт, осуществляют адаптированным сочетанием из множества параллельно расположенных на участке разветвленного топливопровода с наперед заданной точностью подачей топлива средств дискретного дозирования;
каждое отдельное дискретное дозирование топлива управляемо электронным регулятором в зависимости от подаваемых электрических сигналов на него датчиком частоты вращения коленчатого вала двигателя, а также параметров давления и температуры во всасывающем тракте и датчика давления на входе дозирующих средств и датчика температуры на их выходе.

Дополнительными особенностями подачи топлива являются
каждое дискретное средство дозирования имеет пропускную величину сечения выбранную из условия

где S_i проходное сечение отдельного средства дозирования;
S_общ. суммарное значение всех дискретных средств дозирования;
N_i количество дискретных средств дозирования;
ψ коэффициент, выражающий ряд чисел, сумма которых составляет количество сочетаний (комбинаций) дискретных средств дозирования;
отдельное дискретное дозирование топлива выбирают из условия наперед заданной точностью пропускной способности средства дозирования.

Существенным отличием предлагаемого способа подачи топлива в ДВС является обеспечение условий для повышения точности дозирования топлива и его быстродействия в средствах дозирования за счет использования малоинерционных подвижных масс в дискретно действующих перекрываемых клапанах на разветвленном топливопроводе, в своем сочетании обеспечивают требуемый расход топлива в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя и параметров давления и температуры во всасывающем тракте.

Дополнительным преимуществом разработанного способа подачи топлива является использование электронного регулятора, посредством которого обеспечивается условие варьирования степенью плавности изменения расхода топлива с учетом частоты вращения коленчатого вала двигателя, параметров давления и температуры во всасывающем тракте и параметров давления на входе средства дозирования и температуры на его выходе. Возможность сочетания из множества дозирующих средств создает удобство перехода с максимального до минимального расхода топлива с наперед заданной точностью благодаря использованию малоинерционных подвижных масс, легко реагирующих (чувствительных) на команды, мгновенно меняющихся в электронном регуляторе.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена схема топливоподачи с электронным регулятором.

На схеме подачи газообразного топлива в двигатель внутреннего сгорания изображены двигатель 1, в который из всасывающего тракта 2 подается газообразное топливо из топливного баллона 3 через вентиль 4, электромагнитный клапан 5, фильтр 6, теплообменник испаритель 7, регулятор 8 давления и по разветвленному топливопроводу. На каждом ответвлении топливопровода установлены электромагнитные клапаны 9-1, 9-2, 9-3, 9-n с общей численностью, равной числу ответвлений топливопровода. Управление расходом топлива осуществляется электронным регулятором 10, на который поступают электрические сигналы от датчика 11 числа оборотов коленчатого вала двигателя, датчика 12 давления во всасывающем тракте, датчика 13 температуры в упомянутом тракте, а также датчика 14 выходного давления топлива из регулятора 8 и датчика 15 температуры на выходе дозирующих средств. Выходной командный сигнал из электронного регулятора расхода топлива после обработки информации упомянутых датчиков поступает в сочетание дозирующих средств, выполненных в виде электромагнитных клапанов.

Экспериментально осуществлен разработанный способ подачи газообразного топлива в двигатель внутреннего сгорания с использованием разветвления участка топливопровода на шесть потоков с регулированием расхода топлива посредством электромагнитных клапанов, установленных на каждом ответвлении и управляемых каждый клапан электронным регулятором с соответствующим их сочетанием. Количество сочетаний (комбинаций) дозирующих средств устанавливается из равенства N_i=2ⁿ-1, где N_i количество сочетаний дозирующий средств, n количество дозирующих средств.

При суммарной площади проходного множества дозирующих средств S_общ. обеспечивается максимальный режим работы двигателя, а каждое дискретное дозирование S_дискр. (площадь проходного сечения в сочетании клапанов) исчисляют из зависимости

где S_общ. суммарная площадь дозирующих средств;
ψ1, 2, 4, 8, 16, 32, и т.д. в зависимости от сочетания дозирующих средств.

Для экспериментального исследования количество сочетаний составляло 63, а ряд дискретности определен величинами проходных сечений из следующих равенств:
для первого ответвления S_1дискр.=S_общ./63 1,
для второго ответвления S_2дискр.=S_общ./63 2,
для третьего ответвления S_3дискр.=S_общ./63 4,
для четвертого ответвления S_4дискр.=S_общ./63 8,
для пятого ответвления S_5дискр.=S_общ./63 16,
для шестого ответвления S_6дискр.=S_общ./63 32.

При разветвлении трубопровода на шесть потоков сумма возможных дискретных сочетаний дозирующих средств составит 1 2 4 8 16 32 63.

По электрическим сигналам датчиков, реагирующих на частоту вращения коленчатого вала двигателя, давление и температуру во всасывающем тракте, а также давление подаваемого топлива перед участком разветвления и температуры топлива после этого разветвления, осуществляется работа электронного регулятора по выработке командного сигнала по установлению требуемого проходного сечения в средствах дозирования. При этом электрический сигнал датчика 11 числа оборотов вала двигателя, поступающий на электронный регулятор, обуславливает количество поданного атмосферного воздуха в цилиндр двигателя и количество газообразного топлива с учетом следующих обстоятельств: на количество подаваемого топлива в цилиндр двигателя влияет давление во всасывающем тракте 2, и поэтому электрический сигнал датчика 12 давления в этом тракте учитывается при потреблении требуемого количества атмосферного воздуха, и этот же сигнал с датчика 12 давления во всасывающем тракте параллельно поступает на выработку команды для установления объема газообразного топлива с учетом коэффициента коррекции величины давления всасывания и далее дополнительно влияет на объем подаваемого топлива электрический сигнал датчика 14 давления на входном участке разветвленного топливопровода, но с учетом коэффициента коррекции этого входного давления перед разветвлением. Одновременно дополнительно учитываются в электронном регуляторе электрические сигналы от датчика 13 и 15 температуры для выработки команды по формированию требуемого сочетания дозирующих средств подачи топлива. Такая обработка электронным регулятором подаваемых на него электрических сигналов с упомянутых датчиков дало возможность для исключения потребности контроля положения дроссельной заслонки, а также расхода атмосферного воздуха, подаваемого в цилиндр двигателя, как менее объективные контрольные устройства.

В разработанном способе подачи топлива в ДВС осуществлен принцип дробления общего потока топлива на части с возможно максимальной точностью дозирования и использование электромагнитных клапанов с минимальной инерционностью подвижных элементов. Такой прием в предлагаемом техническом решении обусловил использование электронного регулятора с возможностью беспрепятственного реагирования использованных устройств в топливоподаче, а также возможность сочетания в достаточной комбинации одновременного действия электромагнитных клапанов для обеспечения требуемого оптимального проходного сечения в перекрываемых средствах топливопровода. Таким образом, достигнуто условие для достижения быстродействия отдельного дозирующего средства, а также и точность дозирования при ограниченной продолжительности процесса дозирования топлива. Предлагаемое техническое решение обусловило также дальнейшее развитие основной тенденции применения электронных систем управления и элементов систем в расширении количества функций управления. В изобретении электронный регулятор наряду с функцией отслеживания частоты такта подачи топлива во всасывающий тракт в зависимости от режимов работы двигателя и параметров давления и температуры осуществляет дополнительную функцию, а именно сочетает действия дозирующих средств для обеспечения оптимального проходного сечения в перекрываемых средствах топливопровода.

Использование: регулирование топливоподачи в двигатель, работающий на газообразном топливе. Сущность изобретения: способ подачи газообразного топлива в двигатель внутреннего сгорания заключается в вытеснении газа под давлением из топливного баллона по топливопроводу во всасывающий тракт через испаритель-теплообменник с регулированием количества газа. Регулирование количества топлива осуществляют адаптированным сочетанием из множества параллельно расположенных на участке разветвленного топливопровода с наперед заданной точностью подачи топлива средством дискретного дозирования. Каждое отдельное дискретное дозирование топлива управляется электронным регулятором в зависимости от подаваемых на него сигналов датчика частоты вращения, а также параметров давления и температуры во всасывающем тракте и датчика давления на входе дозирующих средств и датчика температуры на их выходе. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ подачи газообразного топлива в двигатель внутреннего сгорания, состоящий из вытеснения под давлением из топливного баллона по топливопроводу во всасывающий тракт через испаритель-теплообменник с регулированием его количества, отличающийся тем, что регулирование количества топлива, подаваемого во всасывающий тракт, осуществляют адаптированным сочетанием из множества параллельно расположенных на участке разветвленного топливопровода с напередзаданной точностью подачей топлива средств дискретного дозирования, при этом каждое отдельное дискретное дозирование топлива управляемо электронным регулятором в зависимости от подаваемых сигналов на него датчиком частоты вращения коленчатого вала двигателя, а также параметров давления и температуры во всасывающем тракте, датчика давления на входе дозирующих средств и датчика температуры на их выходе. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что каждое дискретное средство дозирования имеет пропускное сечение, выбранное из условия

где S_i проходное сечение отдельного средства дозирования;
S_о б щ суммарное значение всех дискретных средств дозирования;
N_i количество дискретных средств дозирования;
ψ - коэффициент, выражающий ряд чисел, сумма которых составляет количество комбинаций (сочетаний) дискретных средств дозирования. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что каждое отдельное дискретное средство дозирования топлива выбирают из условия напередзаданной точности пропускной способности средства дозирования.