СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ УСТРОЙСТВОМ ВПРЫСКИВАНИЯ ТОПЛИВА Российский патент 2001 года по МПК F02D41/30 F02M47/02 

Изобретение относится к основанному на известном из патента США 5197438 способу управления устройством впрыскивания топлива, предусматривающему подачу под высоким давлением топлива в топливный высоконапорный аккумулятор, в котором давление регулируется с помощью гидроклапана и из которого топливо подается для впрыскивания, осуществляемое через электроуправляемые клапанные форсунки. Работа устройства впрыскивания топлива, управление которым осуществляется известным образом, может быть нарушена при появлении в системе с топливным высоконапорным аккумулятором неплотностей, которые существенным образом влияют, в частности, на поддержание высокого давления, при котором происходит впрыскивание топлива в двигателях внутреннего сгорания с самовоспламенением топлива.

Далее может иметь место также ситуация, когда в результате сбоя в системе количество топлива, фактически поданное в топливный высоконапорный аккумулятор, может отличаться от того количества топлива, которое предусмотрено для впрыскивания и необходимо для регулирования давления.

Краткое описание изобретения
Предлагаемый способ управления устройством впрыскивания топлива указанного выше типа позволяет точно установить наличие сбоя в вышеуказанной известной системе высокого давления, в частности в напорной части, а также в топливном высоконапорном аккумуляторе и в клапанной форсунке. При появлении обнаруживаемого таким путем сбоя предпочтительно производится своевременное предупреждение или осуществляется непосредственно соответствующее воздействие на работу устройства впрыскивания топлива с целью предотвращения дальнейших поломок.

В особенно предпочтительном варианте согласно п. 2 формулы изобретения с помощью расходомера измеряется сбрасываемое из топливного высоконапорного аккумулятора количество топлива, необходимое для регулирования давления в нем. Измерение этого количества топлива позволяет рассчитать из известного измеренного расходомером количества находящегося под высоким давлением топлива, поданного в топливный аккумулятор, и известного из управляющего параметра блока управления количества топлива, впрыскиваемого через клапанные форсунки, точный баланс между подводимым и отводимым количествами топлива, расхождение с которым проявляется лишь в случае возникновения сбоя.

В предпочтительных вариантах величина утечки в напорной части может определяться устройством согласно п. 4 формулы изобретения или согласно п. 5 формулы изобретения может проверяться, соответствует ли регулируемое блоком управления количество впрыскиваемого топлива фактически впрыснутому количеству.

Далее, согласно еще одному предпочтительному варианту вместо непосредственного измерения количества подаваемого в аккумулятор под высоким давлением топлива, что определяется на основании частоты вращения входного вала топливного насоса и на основании его постоянной объемной подачи за один оборот приводного вала, это количество можно легко определить косвенным путем с помощью блока управления и объединить соответствующий сигнал с необходимыми в любом случае для управления клапанными форсунками сигналами, которые соответствуют впрыснутому количеству топлива.

Другие предпочтительные варианты осуществления изобретения представлены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Ниже изобретение более подробно поясняется на примере одного варианта его осуществления со ссылкой на прилагаемый чертеж.

Описание примера выполнения
На чертеже показан топливный высоконапорный аккумулятор 1, в который топливным насосом 3 из топливного бака 4 по питающему трубопроводу 2 подается топливо, давление которого установлено на высокое значение, необходимое для впрыскивания. При этом давление может достигать значений выше 1000 бар. Давление в топливном аккумуляторе измеряется датчиком 6 давления, сигнал от которого поступает в блок 7 управления, который при превышении установленного на постоянное значение или задаваемого в зависимости от соответствующего режима работы двигателя внутреннего сгорания уровня давления с помощью соответствующего сигнала управляет гидроклапаном 9. Последний установлен в сливной гидролинии 10, проходящей от топливного высоконапорного аккумулятора к топливному баку 4. Кроме того, от топливного аккумулятора отходят нагнетательные трубопроводы 11, каждый из которых соединен с соответствующей клапанной форсункой 14, через которые в заданный момент времени происходит впрыскивание заданного количества топлива в двигатель внутреннего сгорания. Управление началом впрыскивания и количеством впрыскиваемого топлива также осуществляется блоком 7 управления, на который с этой целью поступают управляющие сигналы в соответствии с частотой вращения и нагрузкой, с которыми работает двигатель внутреннего сгорания. Регулирование этого количества впрыскиваемого топлива происходит, например, известным образом с помощью магнитных клапанов, управляющих соединительной линией между топливным аккумулятором и клапанной форсункой. При этом образующиеся при определенных условиях в процессе управления избыточные количества топлива, сливающиеся обратно в бак, можно возвращать в бак по сливной гидролинии 10.

Топливный насос работает при этом, например, синхронно с двигателем внутреннего сгорания, управляемым устройством впрыскивания топлива, т.е. с частотой вращения, которая используется также для управления впрыскиванием. Однако топливный насос может иметь также отдельный специальный привод, при этом соответствующая частота вращения входного вала топливного насоса также может быть измерена, например, датчиком 15 частоты вращения. С помощью этой частоты вращения на входе, а также с учетом того факта, что объемная подача топливного насоса за один оборот его вала равна постоянной величине, можно косвенно определять поданное в топливный высоконапорный аккумулятор количество топлива, благодаря чему можно отказаться от применения расходомера для непосредственного измерения подаваемого количества топлива. Однако и в том случае, когда топливный насос в силу определенных причин работает с переменной объемной подачей, подаваемое им количество топлива можно также определить на основании управляющих сигналов или предпочтительно с помощью расходомера 22.

Поскольку на работу устройства впрыскивания топлива под высоким давлением существенное влияние оказывает появление в системе неплотностей, в частности в топливном высоконапорном аккумуляторе 1, необходимо контролировать герметичность этого топливного аккумулятора. Учитывая, что питание топливом в таком устройстве впрыскивания происходит не прерывисто, а из постоянно заполненного топливного высоконапорного аккумулятора, то очень важно также установить, правильно ли работают клапанные форсунки, поскольку в противном случае могут возникнуть значительные неполадки в двигателе внутреннего сгорания. С помощью количества топлива, подаваемого топливоподкачивающим насосом 3, и количества топлива, расходуемого через клапанные форсунки 14, в сочетании с количеством топлива, отводимым для регулирования давления топлива в топливном аккумуляторе, а также образующимся при определенных условиях в процессе управления устройством впрыскивания топлива избыточным его количеством, может быть составлен баланс на основании подводимого и отводимого количеств топлива. Однако с этой целью необходимо измерить расходомером 17 на сливной гидролинии 10 количество топлива, сбрасываемое через гидроклапан в процессе регулирования. Соответствующий этому количеству топлива сигнал, сложенный с сигналом от блока управления, соответствующим полному впрыскиваемому в единицу времени количеству топлива, сравнивается в компараторе 18 с сигналом объемной подачи топливоподкачивающего насоса 3, соответствующим образом выработанным из сигнала частоты вращения. При расхождении между подведенным и вновь отведенным количествами топлива блок 7а управления, включаемый компаратором 18, подает сигнал на индикатор 20 или сигнал, воздействующий на работу устройства впрыскивания топлива. По этому сигналу отключается, например, привод топливного насоса 3 или отключается либо переводится в аварийный режим работы все устройство впрыскивания топлива в двигатель внутреннего сгорания.

Если косвенное измерение количества топлива, подаваемого в топливный высоконапорный аккумулятор, как упоминалось выше, заменить непосредственным измерением, то, предполагая отсутствие неплотностей в топливном аккумуляторе, наряду с нагнетательными линиями можно также контролировать работу клапанных форсунок. С этой целью в питающем трубопроводе 2 также предусмотрен показанный на чертеже штриховой линией расходомер 22, который обозначается как первый расходомер в отличие от второго расходомера 17 на сливной гидролинии 10. При этом получают значение фактически впрыснутого количества топлива. Это количество сравнивается с предварительно установленным блоком управления заданным количеством впрыскиваемого топлива. Из результата сравнения можно определить, работают ли клапанные форсунки исправно, и при необходимости ввести в блок управления соответствующую поправку.

В качестве расходомера 17 можно известным образом предусмотреть дроссель, установленный на сливной гидролинии 10, и сравнивать величину давления до и после дросселя с генерированием сигнала количества. Такие расходомеры применяются, например, в устройстве впрыскивания, описанном в заявке DE-A 3722264. Можно также использовать другие датчики. Предпочтительно, например, по соображениям экономичности установить используемый уже для других целей датчик, такой как датчик, который применяется для измерения расхода воздуха и принцип работы и конструкция которого известны из DE-A 2919433.

Способ управления устройством впрыскивания топлива и устройство для его осуществления предназначены для использования в энергетике. Способ предусматривает подачу топлива под высоким давлением в высоконапорный топливный аккумулятор (1), давление в котором регулируется гидроклапаном (9). Путем измерения количества топлива, подаваемого в топливный аккумулятор (1), и количеств топлива, отводимых из него для регулирования давления топлива, включая образующиеся при определенных условиях в процессе регулирования устройством впрыскивания топлива избыточные количества топлива, может быть составлен баланс количеств топлива. Этот составляемый блоком (7, 7а, 18, 19) управления баланс может быть затем использован для сравнения установленного или заданного количества топлива с фактически впрыснутым или непроизвольно вытекающим количеством топлива, и при значительных расхождениях этих количеств блок управления может воздействовать на работу устройства впрыскивания топлива или активировать сигнальное устройство. Изобретение позволяет точно установить наличие сбоя в системе высокого давления и осуществить своевременное воздействие на работу устройства впрыскивания топлива с целью предотвращения дальнейших поломок. 3 с. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ управления устройством впрыскивания топлива, предусматривающий подачу топлива под высоким давлением в топливный высоконапорный аккумулятор (1), давление в котором регулируется с помощью гидроклапана (9), и из которого топливо подается для впрыскивания по меньшей мере через одну управляемую блоком управления клапанную форсунку (14), отличающийся тем, что для контроля за устройством впрыскивания топлива и обнаружения сбоя в работе этого устройства осуществляют сравнение количества топлива, подаваемого в топливный высоконапорный аккумулятор (1), с количеством топлива, отводимого из топливного аккумулятора, и при расхождении этих количеств формируют сигнал для индикации или сигнал, воздействующий на работу устройства впрыскивания топлива. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество топлива, подаваемого в топливный высоконапорный аккумулятор (1), измеряют первым расходомером (22), а количество топлива, сбрасываемое в процессе регулирования из топливного аккумулятора (1) для поддержания в нем соответствующего давления, измеряют вторым расходомером (17), и сравнивают их значения с количеством впрыскиваемого топлива, заданным блоку управления с целью управления клапанными форсунками. 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что измерительное устройство для измерения количества топлива, подаваемого в топливный высоконапорный аккумулятор (1), состоит из устройства измерения частоты вращения входного вала топливоподкачивающего насоса (3) высокого давления, подающего топливо под высоким давлением с геометрически постоянной объемной подачей за один оборот его приводного вала, определение управляющей величины количества впрыскиваемого в единицу времени топлива осуществляют по сигналам регулирования впрыскиваемого количества и определение количества топлива, сбрасываемого в процессе регулирования из топливного высоконапорного аккумулятора (1) для поддержания в нем соответствующего давления, осуществляют с помощью расходомера (17), измеряющего количество сбрасываемого топлива. 4. Устройство впрыскивания топлива для осуществления способа по п.3, включающее топливоподкачивающий насос (3) высокого давления, который в зависимости от частоты вращения его входного вала подает топливо с постоянной, соответствующей его частоте вращения на входе объемной подачей в топливный высоконапорный аккумулятор (1), который несколькими нагнетательными трубопроводами (11) соединен с каждой из клапанных форсунок (14), причем приток топлива к отдельным клапанным форсункам (14) осуществляется через электроуправляемые клапана, а давление из топливного высоконапорного аккумулятора (1) может сбрасываться через сливную гидролинию (10), имеющую управляемый в зависимости от давления в топливном аккумуляторе (1) гидроклапан (9), отличающееся тем, что в сливной гидролинии (10) предусмотрен расходомер (17), соединенный с блоком (7, 7а, 18, 19) управления, имеющим устройство (19) для измерения подаваемого топливоподкачивающим насосом (3) в единицу времени объема, и с блоком (7) для измерения впрыскиваемого в единицу времени количества топлива, а также с компаратором (18), предназначенным для определения разности между поданным в топливный аккумулятор количеством топлива и суммой измеренных расходомером количеств топлива и впрыснутого в единицу времени количества топлива и при наличии расхождения формирующим сигнал для индикации или сигнал, воздействующий на работу устройства впрыскивания топлива. 5. Устройство впрыскивания топлива для осуществления способа по п.2, включающее топливоподкачивающий насос (3) высокого давления, подающий топливо в топливный высоконапорный аккумулятор (1), который несколькими нагнетательными трубопроводами (11) соединен с каждой из клапанных форсунок (14), причем приток топлива к отдельным клапанным форсункам (14) осуществляется через электроуправляемые клапана, а давление из топливного высоконапорного аккумулятора (1) может сбрасываться через сливную гидролинию (10), имеющую управляемый в зависимости от давления в топливном аккумуляторе (1) гидроклапан (9), отличающееся тем, что в подводящем к топливному высоконапорному аккумулятору топливопроводе предусмотрен первый расходомер (22), а в отходящей от топливного аккумулятора сливной гидролинии (10) предусмотрен второй расходомер (17), каждый из которых соединен с блоком (7, 7а, 18, 19) управления, который путем управления клапанными форсунками в соответствии с заданной величиной регулирует количество топлива, впрыскиваемого в единицу времени, и который имеет устройство (18) для формирования разности между количеством топлива, подаваемым в топливный высоконапорный аккумулятор, и измеряемыми вторым расходомером отводимыми из топливного аккумулятора количествами топлива, которую блок управления сравнивает как количество топлива, фактически впрыснутого через клапанные форсунки, с регулируемой заданной величиной количества впрыскиваемого топлива и при наличии расхождения формирует сигнал индикации или воздействия на работу устройства впрыскивания топлива. 6. Устройство впрыскивания топлива по п.4, отличающееся тем, что блок (7, 7а) управления включает устройство управления подачей топлива, на которое подаются сигналы требуемой нагрузки (Q_k) и сигналы частоты (n) вращения двигателя внутреннего сгорания от источника сигналов частоты вращения, и формирует управляющие сигналы для управления электроуправляемыми клапанными форсунками (14), и эти сигналы для определения количества топлива, отводимого для впрыскивания из топливного высоконапорного аккумулятора, подаются на компаратор (18), на который также поступают сигналы от устройства (19), соединенного с источником сигналов частоты вращения или с датчиком (15) частоты вращения, который по меньшей мере косвенно измеряет частоту вращения входного вала топливоподкачивающего насоса высокого давления, для измерения подаваемого топливоподкачивающим насосом объема. 7. Устройство впрыскивания топлива по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что расходомер имеет проточный дроссель, расположенный в подводящем топливопроводе или сливной гидролинии и соединенный с измерительным устройством для измерения имеющегося на нем перепада давлений в качестве меры расхода. 8. Устройство впрыскивания топлива по любому из пп.4 - 6, отличающееся тем, что в качестве расходомера используют пленочный термодатчик расхода.