УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИТАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1998 года по МПК F02M27/08 

Изобретение относится к машиностроение, а именно к устройствам питания двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

Известен способ приготовления топливовоздушной смеси (ТВС) для ДВС по патенту РФ N 2065529 от 03.02.93 г., устройство для реализации которого содержит корпус с проточным каналом, расположенную в канале заслонку, основной топливный насос, дозаторы, форсунку, ультразвуковой (УЗВ) вибратор, генератор импульсов и связанный с заслонкой и генератором блок управления, а также циклонный гомогенизатор, теплообменник и по меньшей мере два дополнительных насоса и форсунки для подачи газового и дополнительного топлива, УЗВ вибратор установлен в корпусе гомогенизатора, на выходе в проточный канал из корпуса гомогенизатора установлена дозирующая игла, кинематически связанная с заслонкой и подключенная к блоку управления, при этом последний дополнительно связан с дозаторами.

Однако этот способ и устройство для его реализации имеют следующие недостатки:
1. УЗВ колебания, генерируемые вибратором гомогенизатора, не выходят за пределы его корпуса и не оказывают воздействия на образующуюся в выходном патрубке ТВС, что может привести к частной агрегации аэрозоля ТВС, а также образованию топливной пленки из тяжелых фракций топлив на стенках впускного трубопровода.

2. Использование в гомогенизаторе трех форсунок требует установки в автомобиле добавочной емкости для дополнительного топлива, трубопроводов и топливного насоса.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является распространение УЗВ колебаний вдоль оси потока ТВС во впускной трубопровод и его цилиндровые рукава на максимально возможное расстояние для поддержания качества диспергирования ТВС; предотвращение образования топливной пленки на стенках впускного трубопровода, а также одномоментное смешение и распыл двух видов топлива.

Указанная задача достигается тем, что устройство для питания двигателя внутреннего сгорания, содержащее корпус с проточным каналом, воздушный дозатор, топливный насос, форсунку, теплообменник, циклонный гомогенизатор, ультразвуковые генератор и вибратор, электронный блок управления и дозирующую иглу, снабжено второй форсункой для подачи газового топлива, днище гомогенизатора образовано ультразвуковым вибратором с возможностью распространения генерируемых вибратором колебаний во внутреннюю полость гомогенизатора и во впускной трубопровод двигателя и его рукава до впускных клапанов.

На фиг. 1 представлено в общем виде предлагаемое устройство (с частичным разрезом);
на фиг.2 - его поперечное сечение на уровне воздушного дозатора (А-А);
На фиг. 3 - поперечное сечение на уровне полости циклонного гомогенизатора (Б-Б);
на блок-схеме фиг.4 - функциональная схема электронной системы регулирования.

Предлагаемое устройство (фиг.1, 2 и 3) состоит из основных деталей: корпуса 1 со входным 2 и выходным 3 патрубками, сообщенными с проточным каналом 4. В канале корпуса 1 находится теплообменник 5, подогреваемый жидкостью из системы охлаждения 6 ДВС. В полости теплообменника 5 находятся два трубчатых змеевика 7. К одному из змеевиков подключен топливный насос для жидких топлив (на фиг.1 - не показан). К другому змеевику подключен баллон со сжиженным нефтяным газом (СНГ). На выходе змеевиков находятся актюаторы 8, соединенные с форсунками 9, входящими во внутреннюю полость 10 циклонного гомогенизатора 11. Для предотвращения образования парожидкостной фазы в системе бензопитания (до актюатора 8) может быть предусмотрен байпас с терморегулятором на 70^oC. Выход одного из змеевиков 7 соединен через фильтр 12 с газовым редуктором 13, который через актюатор 8 соединен с одной из форсунок 9, также входящей во внутреннюю полость 10 гомогенизатора 11. Последний выполнен в виде плоского цилиндрического корпуса, днище которого образовано плоским цилиндрическим пьезокерамическим УЗВ вибратором 14 с центральным отверстием 16, расположенный в эластичной обойме 15 в приливах 18 корпуса гомогенизатора (фиг. 1 и 3). В центральное отверстие 16 вибратора 14 входит острие дозирующей иглы 17. Последняя для вращательного и поступательного перемещений располагается в уплотняющих втулках 19 и через муфту полужесткой связи 20 кинематически соединена с воздушным дозатором 21 (фиг.1 и 2).

К электронному блоку управления (ЭБУ) 22 (фиг.4) подключены актюаторы 8; через сервопривод (на фиг. 4 не показан) подключен воздушный дозатор 21; терморезистор 23 теплообменника 5; электронный автомат с цифровым регулированием момента зажигания 24; УЗВ генератор 25, соединенный с УЗВ вибратором 14; датчик положения дозирующей иглы 26 (на фиг.4 не показан), соединенный с педалью газа 27; датчик 28 (на фиг. 4 не показан) открытия воздушного дозатора 21; λ- - зонд 29 (на фиг.4 не показан); датчик детонации 30 (на фиг.4 не показан), а также указатели наличия топлив 31; система автоматической подстройки 32 частоты УЗВ генератора 25 соединяет УЗВ вибратор 14 с УЗВ генератором 25; электронный тахометр 33.

Электронный блок управления 22 выполнен в виде цифровой ЭВМ. Он подразделяется на блок ввода, блок обработки данных и блок вывода и имеет микропроцессор, работающий с шириной слова 8 бит, В блок ввода поступают сигналы от датчиков (угол открытия воздушного дозатора 21, терморезистор 23, датчик положения дозирующей иглы 26 λ- зонд 29, указатели наличия топлив 31, электронный тахометр 33); производится аналого-цифровое преобразование этих сигналов. Блок обработки данных представлен в обычном исполнении и состоит из центрального процессора и основной памяти, подразделяющейся на постоянное запоминающее устройство с емкостью памяти 4 килобайт и запоминающее устройство с произвольной выборкой емкостью 3 килобайт.

Устройство работает следующим образом.

Перед запуском ДВС указателями наличия топлив 31 в ЭБУ 22 вводится информация в виде сигналов электрического тока о количестве имеющихся в баке автомобиля и газовом баллоне топлив (запуск возможен при наличии, как минимум, бензина либо СНГ или их сочетаний с дополнительным топливом). ЭБУ 22 регулирует их необходимое процентное соотношение для получения оптимального октанового числа необходимой для запуска ТВС и ее количество по программе, находящейся в ЭБУ 22, а также устанавливает дозирующую иглу 17 и кинематически связанный с ней воздушный дозатор 21 в положение, необходимое для прохождения оптимального количества ТВС,
В начальный момент при запуске холодного ДВС топливным насосом и через газовый редуктор 13 через холодный теплообменник 5 одно или два топлива в количествах, определяемых программой, находящейся в ЭБУ 22 и с учетом сигналов датчика детонации 30 подаются в гомогенизатор 11 для испарения и гомогенизации под действием вибратора 14, работающего при близкой к максимальной мощности генератора 25 и регулируемой сигналом от терморезистора 23 через ЭБУ 22. Для устранения детонации в работе ДВС ЭБУ 22 вводит задержку выходных импульсов по сравнению с моментом зажигания, установленным датчиком-распределителем зажигания. Детонация обнаруживается с помощью резонансного пьезокерамического датчика ускорений 30. Величина задержки зажигания зависит от интенсивности и частоты детонации и от частоты вращения вала ДВС. Максимальная величина задержки достигает 12^o по углу поворота вала. После окончания детонации задержка зажигания уменьшается до исходного значения. При пуске ДВС ЭБУ 22 устанавливает максимальную величину задержки зажигания. В указанных условиях то небольшое количество топлива или их смеси, необходимое для холостого хода ДВС, испаряется на поверхности вибратора 14 вследствие УЗВ кавитации и гомогенизируется вследствие вихревого движения топлива или их смеси в полости 10 гомогенизатора 11. В результате многократного циклического воздействия УЗВ колебаний на топливо или смесь топлив образуется мелкодисперсная взвесь. Испаренное и гомогенизированное топливо через игольчатый дозатор 16 - 17 распыляется в выходном патрубке 3 проточного канала 4, где и происходит при смешении с воздухом образование гомогенной ТВС с плотностью, необходимой для оптимального и равномерного наполнения всех цилиндров ДВМ. УЗВ колебания, генерируемые вибратором 14, распространяются вниз по оси потока ТВС во впускной трубопровод ДВС, где они поддерживают качество мелкодисперсного распыления ТВС и препятствуют образованию топливной пленки на стенках впускного трубопровода. Многократные отражения УЗВ колебаний от стенок впускного трубопровода распространяются в рукава последнего с уменьшающейся мощностью до впускных клапанов ДВС. Количество всасываемого воздуха определяется углом открытия секторной заслонки воздушного дозатора 21, а информация об этой величине с помощью датчика 28 непрерывно вводится в ЭБУ 22. В первые же доли секунды после запуска ДВС сигналом от датчика детонации 30 изменяется момент зажигания и синхронно уменьшается количество топлива с наименьшим октановым числом в смеси.

Далее ЭВМ постепенно увеличивает количество низкооктанового компонента смеси до повторного сигнала датчика детонации. В это же время сигналом от λ- зонда изменяется количество воздуха в ТВС. Так по программе последовательных приближений ЭВМ подбирает оптимальный состав ТВС, а ее количество регулируется водителем с помощью педали газа 27 воздействием на дозирующую иглу 17. Подобранное в ходе этого процесса соотношение топлив фиксируется в памяти ЭВМ. При последующих запусках ДВС это соотношение устанавливается автоматически соответствующим открытием актюаторов 8 и воздушного дозатора 21 в момент включения электрических цепей. Если производилось заполнение топливного бака другим видом топлива, то этот процесс автоматически начинается вновь до получения информации о новом оптимальном соотношении топлив, которое также фиксируется в памяти ЭВМ. Измерение количества засасываемого в цилиндры ДВС воздуха содержит достаточное количество информации о параметрах, влияющих на необходимое количество топлива, поэтому число корректировочных параметров уменьшается (например, исключается система обогащения ТВС при разгоне автомобиля, а также экономайзер принудительного холостого хода (ЭПХХ).

По мере прогрева жидкости в системе охлаждения ДВС и, соответственно, в теплообменнике 5, сигналом от терморезистера 23 через ЭБУ 22 снижается мощность электрического тока, выдаваемого генератором 25. При максимальной температуре охлаждающей жидкости (95-98^oC) мощность генератора 25 на режимах переменных нагрузок в каждый момент определяется количеством ТВС, потребляемой ДВС и регулируемой с помощью педали газа 27, перемещающей дозирующую иглу 17 и кинематически связанный с ней воздушный дозатор 21 с одновременной подачей сигналов от датчиков их положения 26 и 28 в ЭБУ 22. Так как генератор 25 и вибратор 14 работают в широком диапазоне отбираемых мощностей и с различным количеством топлива в полости 10 гомогенизатора 11, что изменяет резонансную частоту его корпуса, то может быть предусмотрена система электронной обратной связи 21 вибратора 14 с генератором 25 для синхронизации их частот и подстройки генератора 25.

Наличие в устройстве теплообменника 5 с температурой его внутренней поверхности в режимах рабочих нагрузок 95-98^oC, а также воздействие вибратора 14 вниз по оси впускного трубопровода предотвращают вторичную конденсацию топлив и образование топливной пленки на стенках проточного канала 4 и впускного трубопровода ДВС.

В режиме принудительного холостого хода актюаторы 8 сигналом от ЭБУ 22 полностью перекрывают подачу топлив, и в момент соприкосновения острия дозирующей иглы с краями центрального отверстия вибратора 16 по сигналу датчика 26 отключается генератор 25.

Предусмотрен электронный автомат с цифровым регулированием момента зажигания 24, необходимость в котором обусловлена изменяющимся октановым числом приготовляемой в гомогенизаторе 11 топливной смеси. Информация для этого процесса получается от датчика детонации 30, электронного тахометра 33 и датчика положения дозирующей иглы 17.

УЗВ вибратор, интенсивно охлаждаемый аэрозолем топлив со всех сторон, может рассеивать электрическую мощность в 2-3 раза больше расчетной (10-15 Вт/см²).

В предлагаемом устройстве могут смешиваться и гомогенизироваться как отдельные топлива, так и их смеси (см. таблицу).

Предлагаемое устройство может работать на СНГ и СПГ. Для работы на СПГ устройство оснащается редукторами высокого и низкого давления; для работы на СНГ - только двухступенчатым редуктором низкого давления.

Полезный эффект устройства заключается в распространении воздействия УЗВ колебаний на весь тракт всасывания, что обеспечивает поддержание мелкодисперсности аэрозоля ТВС до впускных клапанов ДВС и препятствует возникновению топливной пленки на стенках тракта всасывания. Использование одного УЗВ вибратора как для распыления и гомогенизации топлив, так и для воздействия на ТВС в тракте всасывания обеспечивает рациональное использование электрической мощности УЗВ генератора.

Устройство для питания двигателя внутреннего сгорания может быть использовано в машиностроении. В устройстве все виды жидких топлив подаются через одну форсунку, связанную с топливным насосом. Газовое топливо подается через вторую форсунку. Ультразвуковой вибратор гомогенизатора составляет его днище и ультразвуковые колебания распространяются вверх, в полость гомогенизатора, где они диспергируют топлива, и вниз, на всем протяжении впускного трубопровода, где поддерживают качество диспергирования топливовоздушной смеси и предотвращают образование топливной пленки. 1 табл., 4 ил.

Устройство для питания двигателя внутреннего сгорания, содержащее корпус с проточным каналом, воздушный дозатор, топливный насос, форсунку, теплообменник, циклонный гомогенизатор, ультразвуковые генератор и вибратор, электронный блок управления и дозирующую иглу, отличающееся тем, что устройство снабжено второй форсункой для подачи газового топлива, днище гомогенизатора образовано ультразвуковым вибратором с возможностью распространения генерируемых вибратором колебаний во внутреннюю полость гомогенизатора и во впускной трубопровод двигателя и его рукава до впускных клапанов.