СИСТЕМА ПИТАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1998 года по МПК F02M3/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к системам питания двигателей внутреннего сгорания.

Известная система питания двигателя внутреннего сгорания, содержащая карбюратор с экономайзером мощностных режимов, с дополнительным воздушным каналом, соединяющим воздушный патрубок с задроссельным пространством, снабженным воздушной заслонкой на общей оси с дроссельной заслонкой, запорным клапаном с электромагнитным приводом, датчиком реверса вращения оси заслонок с переключателем электрических цепей управления, клапаном ограничения подачи топлива через канал холостого хода с электроматнитным приводом и блоком управления ЭПХХ. Эта система обеспечивает экономию топлива и ограничение выброса токсических веществ в атмосферу на принудительном холостом и нехолостом ходах двигателя как за счет обеднения общей топливовоздушной смеси, обусловленного снижением разрежения в задроссельном пространстве, так и за счет ограничения подачи топлива через канал холостого хода [1]
Недостатком известной системы является то, что подача воздуха в задроссельное пространство на принудительном ходу двигателя наряду с целевым уменьшением разрежения в задроссельном пространстве создает снижение порога закрытия клапана экономайзера мощностных режимов, затягивая тем самым во времени подачу в цилиндры обогащенной топливной смеси. Кроме того, в принудительном режиме двигателя как на нехолостом ходу, так и в период холостого хода, экономайзер при уменьшении разрежения в задроссельном пространстве до порога закрытия клапана экономайзера продолжает обогащать главную дозирующую систему, образуя неоправданный перерасход топлива и, соответственно, выброс в атмосферу токсических газов.

На фиг. 3 а, б, в изображены условные кривые изменения величины разрежения в задроссельном пространстве и соответствующее изменение потребления топлива двигателем как в тяговом режиме, так и на принудительном нехолостом и холостом ходах, в частности на фиг. 3а для карбюратора неснабженного ограничителями подачи топлива на принудительных ходах; на фиг. 3б для карбюратора, снабженного ограничителями в соответствии с [1] на фиг. 3в для карбюратора, снабженного ограничителями подачи топлива на принудительных ходах в соответствии с изобретением.

Верхняя пунктирная горизонтальная линия обозначает величину разрежения в задроссельном пространстве карбюратора на холостом ходу двигателя.

Нижняя пунктирная горизонтальная линия соответствует величине разрежения в задроссельном пространстве карбюратора на пороге срабатывания клапана экономайзера.

Участки кривых разрежения 1-2 и расхода топлива 3-4 обозначают нарастание мощности в тяговом режиме двигателя с холостого хода до мощностного режима, выраженного порогом срабатывания клапана экономайзера мощностных режимов 4-5. При величине разрежения (время 2) клапан экономайзера открывается и в главную дозирующую систему начинает поступать топливо, изображенное вертикальным участком кривой 4-5. В точке 6 (см. кривую разрежения на фиг. 3а) возникает нехолостой принудительный ход двигателя (шофер слегка приотпустил педаль экселератора), разрежение несколько увеличивается и длится до точки 7. Поскольку графики на фиг. 1а отражают работу карбюратора, неснабженного органами ограничения расхода топлива на принудительных режимах, подача топлива через клапан экономайзера продолжается до точки 8. Здесь разрежение переходит через порог срабатывания экономайзера 9 и клапан экономайзера закрывается, подача топлива через него прекращается.

Уменьшение потребления двигателем в принудительном режиме представлено участком 10-11 кривой потребления и 9-12 кривой разрежения вплоть до холостого хода.

Аналогичные кривые, соответствующие тем же режимам, в карбюраторе, снабженном устройствами ограничения подачи топлива (авторское свидетельство SU 1339286), представлены на фиг. 3б. Здесь с холостого хода до момента включения клапана экономайзера в тяговом режиме происходят те же процессы, что и на фиг. 3а. Однако в момент возникновения принудительного нехолостого хода 3, когда водитель чуть приотпускает педаль акселератора (точка 6), открывается клапан дополнительного воздушного канала и закрывается клапан канала холостого хода. Разрежение в задроссельном пространстве несколько спадает до точки 6^II. Уменьшается градиент разрежения воздуха в главном воздушном канале, что приводит к уменьшению расхода топлива на величину отрезка кривой 6^III-6^IV (фиг. 3б). В точке 7 происходит еще большее прикрытие дроссельной заслонки, сопровождающееся еще большим увеличением разрежения на принудительном нехолостом ходу, который затем переходит в принудительный холостой ход до точки 12. В момент повышения разрежения до величины, равной порогу срабатывания экономайзера (точка 9), клапан экономайзера закрывается и потребление топлива двигателем снижается с точки 8 до точки 10 (фиг. 3б).

Следует обратить внимание на то, что клапан экономайзера закрывается позже, чем в карбюраторе, не снабженном органами ограничения (фиг. 3а), на время, соответствующее времени Δt, а величина потребления топлива в точке 10 (фиг. 3а) снижается до точки 10^I (фиг. 3б). Это объясняется тем, что разрежение в задроссельном пространстве за счет открытого клапана в дополнительном воздушном канале (фиг. 3б) окажется ниже, чем представленное на фиг. 3а. Наряду с этим закрытый клапан ЭПХХ в канале холостого хода тоже будет способствовать меньшему потреблению топлива. Однако ограничение потребления через канал холостого хода на мощностных режимах невелико. Зато по мере перехода двигателя на средние и малые нагрузки влияние этого закрытого клапана оказывается весьма значительным (линия 10^I 13).

В момент 6 открытия клапана Х.Х. (по сигналу блока управления ЭПХХ - отрезок 13-13^I) потребление топлива (к этому времени воздушная заслонка в дополнительном воздушном канале вместе с дроссельной заслонкой тоже почти закроется) к этому времени придет в норму (фиг. 3б).

Из сравнения графиков расхода топлива на принудительном ходу в мощностных режимах, представленных на фиг. 3 а и б, видно, что хотя потребление топлива в выбранном прототипе (фиг. 3б) и уменьшается, время закрытия клапана экономайзера затягивается на время Δt и расход топлива на принудительном ходу в мощностных режимах в течение времени Δt представляет собой ничто иное, как неоправданный расход горючего и дополнительный выброс в атмосферу токсических газов.

Вторым недостатком, проиллюстрированным графиками, является то что с момента 3 перехода двигателя на принудительный ход, т.е. с момента точки 6^IV до точки 8 (фиг. 3б), надобность в обеспечении двигателя дополнительным топливом через клапан экономайзера отсутствует.

Задачей изобретения является улучшение эксплуатационных качеств системы питания двигателя внутреннего сгорания на принудительном нехолостом ходу и холостом ходу в мощностных режимах путем ограничения подачи топлива экономайзером и мощностных режимов и уменьшения выброса в атмосферу токсических газов.

Задача решается за счет того, что карбюратор выполнен с клапаном экономайзера мощностных режимов, с дополнительным воздушным каналом и заслонкой в нем, закрепленной на общей оси с дроссельной заслонкой в нем, закрепленной на общей оси с дроссельной заслонкой, с запорным клапаном канала и электромагнитным приводом к нему, датчиком реверса вращения оси дроссельной заслонки с переключателем электрических цепей, клапаном ограничения подачи топлива через канал холостого хода с электромагнитным приводом и блоком управления. Экономайзер мощностных режимов снабжен электромагнитным приводом, якорь которого механически соединен с толкателем клапана экономайзера, обмотка электромагнитного привода с переключателем электрических цепей датчика реверса, причем переключатель электрических цепей выполнен в виде триггера с двумя устойчивыми состояниями. Такое конструктивное решение (графики на фиг. 3в) обеспечивает в момент перехода двигателя с мощностных режимов на принудительный ход (холостой или нехолостой) тройное ограничение подачи топлива:
открытием воздушного клапана в дополнительном воздушном канале;
закрытием клапана в канале холостого хода;
закрытием клапана канала экономайзера.

В момент перехода двигателя на принудительный ход (вертикальная линия 3 на фиг. 3в) в результате открытия клапана дополнительного воздушного канала разрежение в задроссельном пространстве (точка 6^I) еще более уменьшится (до точки 6^II), ограничивая подачу топлива через главный воздушный канал, закрывается электромагнитным приводом клапан экономайзера - производится ограничение подачи дополнительного топлива через главную дозирующую систему (вертикальный отрезок 6^III-6^IV) закрывается клапан в канале холостого хода, еще более ограничивая подачу топлива в двигатель. Правда ограничение за счет канала холостого хода на принудительном ходу в мощностном режиме, как говорилось выше, невелико, однако по мере прикрытия воздушной заслонки, начиная с точки 7 на кривой разрежения и точки 8^I на кривой потребления, оно увеличивается и достигает максимума в точке 13 перед моментом его открытия блоком управления ЭПХХ, чем и достигается поставленная цель.

На фиг. 1 и 2 изображены принципиальные кинематическая и электрическая схемы предлагаемой системы питания ДВС с органами управления ограничением подачи топлива на принудительных ходах соответственно.

Система содержит карбюратор 1, смесительную камеру 2 с дроссельной заслонкой 3, главный воздушный канал 4 с воздушным патрубком 5 и задроссельным пространством 6, клапан 7 ограничения подачи топлива через канал 8 холостого хода, электромагнитный привод 9 клапана 7 с возвратной пружиной 10, оттягивающей клапан в крайне левое (на схеме) положение и открывающей канал холостого хода.

Параллельно главному воздушному каналу 4 подключен дополнительный воздушный канал 11. Он снабжен воздушной заслонкой 12 и запорным клапаном 13, седлом 14 и приводится в действие при помощи электромагнитного привода 15, снабженного запорной пружиной 16.

Количество воздуха, проходящего в единицу времени через канал 11, зависит от положения воздушной заслонки 12, которая жестко связана с осью дроссельной заслонки 3. Заслонка 12 может полностью перекрывать канал 11 (при закрытой заслонке 3) или по мере открытия дроссельной заслонки полностью открывать канал 11. Диаметр канала 11 выбирают таким, чтобы при включении клапанов в тяговый режим не ощущалось бы толчков автомобиля. С осью дроссельной заслонки 3 скреплена ось 17 датчика реверсов этой оси. На ось 17 одето кольцо 18 с поводком 19. Усилие трения между осью 17 и кольцом 18 конструктивно обеспечивается таким, чтобы при вращении оси 17 кольцо 18 увлекалось бы осью, вращалось бы с ней, но, будучи заторможенным, не оказывало бы заметного сопротивления дальнейшему вращению оси.

Поводок 19 с двусторонними контактами на нем заключен между двумя неподвижными контактами 20 и 21. Расстояние между контактами 20 и 21 может изменяться вращением контактов вокруг их оси в резьбовых стойках.

Контакты 20 и 21 электрически соединены с базами транзисторов П₁ и П₂ переключателя электрических цепей, выполненного в виде триггера с двумя устойчивыми состояниями. При включении питающего напряжения ключом зажигания (Кл. ) триггер, как известно, приходит в одно из двух возможных состояний, например открыт транзистор П₁ (тогда работает реле Р₁, а транзистор П₂ закрыт, реле Р₂ не работает) или, наоборот, открыт транзистор П₂ (работает реле Р₂, транзистор П₁ закрыт и реле Р₁ не работает).

Триггер, как известно, обладает также свойством памяти. Если кратковременно коснуться базы П₁ потенциалом "корпуса"-"массы", которым обладает поводок 19, то схема скачком перейдет во второе устойчивое состояние: откроется транзистор П₂, сработает реле Р₂, а транзистор П₁, наоборот, скачком закроется и реле Р₁ отпустит. В этом состоянии сколько бы раз повторно не касаться потенциалом "корпуса" (в данном случае поводком 19) базы П₁ или даже постоянно соединить базу П₁ с "корпусом"-"массой", состояние триггера не изменится до тех пор, пока потенциал "корпуса" (поводок 19) не коснется базы П₂. И так далее.

Допустим, что при включении напряжения (Кл.) был открыт транзистор П₁ и сработало соответственно реле Р₁. Если поводок 19 датчика реверса (он соединен с корпусом) хотя бы кратковременно коснется неподвижного контакта 20, триггер перебросится так, что сработает реле Р₂, а реле Р₁ отпустит. В дальнейшем поводок 19 может повторно и неоднократно касаться контакта 20 или постоянно быть замкнутым на него, триггер все равно не изменит своего состояния до тех пор, пока поводок 19 не коснется противоположного контакта 21, и тогда реле Р₂ отпустит, а реле Р₁ сработает. Таким образом, триггер запоминает последнее направление реверса вращения оси дроссельной заслонки (по часовой стрелке или наоборот).

Нормально разомкнутые контакты кР₁ предназначены для включения (выключения) электромагнитных приводов 15 и 29, а нормально замкнутые контакты кР₂ для включения (выключения) "корпуса"-"массы" автомобиля на контакт 5 штепсельного разъема блока управления ЭПХХ. На серийных автомобилях он штатно соединен с изолированным контактом положения дроссельной заслонки 3. В предлагаемой системе этот провод, показанный пунктиром, от схемы ЭПХХ отключается, а штатные контакты положения дроссельной заслонки 3 не используются.

Диафрагма экономайзера 26 (а вместе с ней и толкатель запорного клапана) со стороны вакуумной камеры снабжена магнитопроводящим якорем 23, заключенным в сжатую пружину 24. Упругость пружины 24 традиционно подбирают таким образом, что при убывании разрежения в задроссельном пространстве 6 на мощностных режимах до определенного порога, пружина 24 перемещает диафрагму 26 (а вместе с ней и толкатель диафрагмы) вправо, толкатель, надавливая на шарик, открывает клапан 27 и топливо по каналу 28 поступает в главную дозирующую систему.

Якорь 23 экономайзера управляется электромагнитным приводом 29, находящимся вне вакуумной камеры 22, поэтому крышка экономайзера делается из немагнитного материала. Обмотка привода 29 соединена параллельно с обмоткой привода 15 и с нормально разомкнутыми контактами кР₁. При обесточенной обмотке привода 29 экономайзер работает как обычный экономайзер мощностных режимов механопневматического типа, управляемый усилием разрежения в задроссельном пространстве. При подаче же в обмотку привода 29 тока якорь 23 вне зависимости от величины разрежения в задроссельном пространстве оттягивается вместе с диафрагмой 26 (фиг. 1, 2) влево и закрывает тем самым клапан экономайзера. Подача топлива в главную дозирующую систему со стороны экономайзера прекращается.

При включении двигателя, на холостом ходу, при малых нагрузках вплоть до порога частоты вращения коленвала 2100 об/мин вне зависимости от положения нормально замкнутого контакта кР₂ триггера, блок управления ЭПХХ на контакт 6 штепсельного разъема, а вместе с ним и на привод 9 клапана канала холостого хода, напряжения не выдает. Клапан 7 канала холостого хода остается также открытым во всех тяговых режимах. При этом поводок 19 и контакт 20 датчика реверса замкнуты (педаль дроссельной заслонки нажата), через обмотку реле Р₂ протекает ток срабатывания, нормально замкнутые контакты кР₂ разомкнуты. Одновременно с этим транзистор П₁ закрыт, ток через обмотку реле Р₁ отсутствует, нормально разомкнутые контакты кР₁ остаются разомкнутыми, ток в приводах 15 и 29 отсутствует, нормально закрытый клапан 13 дополнительного воздушного канала 11 закрыт, воздух через дополнительный канал 11 не проходит, хотя воздушная заслонка 12 открыта. Во всех тяговых режимах также обесточен и электромагнитный привод 29. Экономайзер работает в обычном режиме: диафрагма 22 разрежением оттянута (фиг. 1, 2) в крайнее левое положение, клапан 27 экономайзера закрыт. Такое положение клапана 27 выражено на графиках расхода топлива и разрежения (фиг. 3 а, б, в), соответственно 1-2 и 3-4.

В момент времени, выраженный вертикалью 2, разрежение в задроссельном пространстве, уменьшаясь, достигает пороговой величины, и клапан 27 экономайзера открывается. Расход топлива в момент 2 (все графики фиг. 3, а, б, в) через главную дозирующую систему скачком увеличивается (отрезок 4-5), достигая уровня 5-8 (фиг. 3а), 5-6^III (фиг. 3 б, в).

В момент времени, отмеченный вертикалью 3, с которого начинается принудительный режим нехолостого хода, потребление топлива двигателем, не снабженным органами ограничения подачи топлива (фиг. 3а), сохранится прежним и неизменным. В двигателе же, снабженном двумя ограничителями (фиг. 3б), подача топлива через канал холостого хода и через главный воздушный канал ограничится, благодаря следующим процессам: педаль акселератора ногой шофера приотпустится, контакты 19-21 датчика реверса замкнутся, реле Р₂ отпустит и нормально замкнутые контакты кР₂ замкнутся, на контакт 5 ШР блока управления ЭПХХ поступит потенциал "корпуса"-"массы", привод 9 сработает, клапан 7 закроется, реле Р₁ сработает, контакты кР₁ замкнутся и на привод 15 поступит напряжение бортовой сети и он сработает. В результате клапан 13 дополнительного воздушного канала 11 откроется, в задроссельное пространство 6 через заслонку 12 поступит атмосферный воздух, разрежение в задроссельном пространстве 6 понизится, поступление топлива через главную дозирующую систему также понизится на величину вертикального отрезка 6^III-6^IV (фиг. 3б).

В предлагаемой системе питания ДВС на принудительном ходу вместе с приводом 15 дополнительного воздушного канала 11 сработает и привод 29 клапана экономайзера 27. Клапан 27 закроется и в момент времени 3 произойдет ограничение подачи топлива через главную дозирующую систему как за счет дополнительного воздушного канала 11, так и за счет клапана экономайзера 27. К тому же прибавится (в этот момент времени небольшое) ограничение подачи топлива за счет перекрытия клапаном 7 канала холостого хода (фиг. 3в). В результате возникнет опережение ограничения подачи топлива на величину времени ΔT.

В момент времени 4 произойдет произвольно взятое дополнительное ограничение подачи топлива еще большим приотпусканием педали акселератора, вплоть до состояния холостого хода двигателя.

В системе питания ДВС, снабженной всеми тремя органами ограничения подачи топлива (за счет дополнительного воздушного канала, канала холостого хода и экономайзера), в точке 8^I (фиг. 3в) произойдет дальнейшее уменьшение подачи вплоть до точки 13.

В системе же, снабженной только двумя органами ограничения (существующими в прототипе) воздушным дополнительным каналом и каналом холостого хода, в момент времени 4 ограничения не произойдет. Более того, из-за уменьшенного разрежения в задроссельном пространстве (в него будет введен через дополнительный канал атмосферный воздух) в этот момент закрытия клапана экономайзера не произойдет, а затянется до момента времени 8 (фиг. 3б), до момента наступления порога открытия клапана экономайзера 27 (точка 9).

Это сравнение показывает недостаток прототипа и преимущество предлагаемой системы.

И в прототипе и в предлагаемой системе с момента времени 4 (фиг. 3 в, б) по мере увеличения разрежения в задроссельном пространстве 6 будет уменьшаться потребление топлива за счет ограничения подачи через канал холостого хода 8 вплоть до момента 6, когда с блока управления ЭПХХ поступит напряжение бортовой сети на привод 9, и клапан 7 откроется.

На холостом ходу двигатель работает как обычно: педаль акселератора отпущена, контакты 19-21 замкнуты, реле Р₂ обесточено, кР₂ разомкнуты, клапан 7 открыт, реле Р₁ под током, кР₁ замкнуты, привод 15 под током, клапан 14 открыт, воздушная заслонка 12 закрыта, привод 29 под током, клапан 27 закрыт, двигатель работает на оборотах холостого хода 900 об/мин нормально, чем и достигается цель.

На фиг. 2б представлена кинематическая и электрическая схема, отображающая суть изобретения. На фиг. 2б отброшены все схемные элементы, касающиеся прототипа [1] Из схемы (фиг. 2) видно, что экономайзер, снабженный электромагнитным приводом (предлагаемый), независим от управления ограничением (и восстановлением) подачи топлива по частоте вращения коленвала двигателя. Он прост по конструкции. Серийно выпускаемые карбюраторы, в частности 2108-1107010, легко могут быть переделаны под этот привод. Для этого требуется лишь незначительное изменение в конструкции крышки экономайзера мощностных режимов и диафрагмы толкателя клапана, которая должна быть снабжена магнитопроводящим якорьком.

Испытания комплексной системы ([1] в совокупности с предлагаемой), проведенные летом 1995 года на автомобиле ВАЗ 2108, дали экономию топлива 25-30

Использование: двигателестроение, в частности системы питания двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: карбюратор выполнен с клапаном экономайзера мощностных режимов, с дополнительным воздушным каналом и клапаном с воздушной заслонкой в нем, датчиком реверса вращения оси дроссельной заслонки с переключателем электрических цепей, клапаном ограничения и восстановления подачи топлива через канал холостого хода с электромагнитным приводом и блоком управления по частоте вращения коленвала двигателя. Карбюратор снабжен электромагнитным приводом, обмотка которого соединена с переключателем электрических цепей, выполненным в виде триггера с двумя устойчивыми состояниями. 3 ил.

Система питания двигателя внутреннего сгорания, содержащая карбюратор с экономайзером мощностных режимов, с дополнительным воздушным каналом, соединяющим воздушный патрубок с задроссельным пространством, воздушной заслонкой в нем и клапаном с электромагнитным приводом, с экономайзером принудительного холостого хода, датчиком реверса оси дроссельной заслонки с переключателем электрических цепей, отличающаяся тем, что экономайзер мощностных режимов снабжен электромагнитным приводом, якорь которого механически соединен с толкателем клапана экономайзера, а обмотка электромагнитного привода с переключателем электрических цепей датчика реверса, причем переключатель электрических цепей выполнен в виде триггера с двумя устойчивыми состояниями.