ФИЛЬТРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФИЛЬТРАЦИИ ГАЗООБРАЗНОГО ТОПЛИВА В СИСТЕМАХ ПОДАЧИ ГАЗА В ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2011 года по МПК F02M21/02 F02D19/02 B01D35/143 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к фильтрующему устройству для систем подачи газа в двигатели внутреннего сгорания в соответствии с признаками, изложенными в преамбуле основного пункта формулы изобретения.

Предпосылки изобретения

Фильтрующие устройства указанного типа обычно вставляются в систему подачи газа двигателя между редукционным клапаном и комплектом инжекторов с электрическим управлением, в которые газ подается при величинах давления (полученных при помощи редукционного клапана), которые обычно почти равны атмосферному давлению (для безнаддувных двигателей) или нескольким барам (для двигателей с впрыском топлива). Эти фильтрующие устройства, которые обычно оснащены фильтрующими элементами патронного типа, расположены вверх по потоку от комплекта инжекторов с электрическим управлением, для их защиты, чтобы удалять любые примеси из горючего газа.

В известных системах подачи газа в двигатели, чтобы обеспечить соответствующее электронное управление заправкой топлива, необходимо получить ряд сигналов, наиболее важными из которых являются температура и давление впрыска газа в комплекте инжекторов, абсолютное давление, присутствующее во впускном коллекторе двигателя, сигнал, относящийся к скоростям вращения двигателя и продолжительности подачи инжекторов. Относительно указанных сигналов давления и температуры первое известное решение предусматривает использование отдельных датчиков, которые являются взаимно независимыми. Один пример такой конструкции использует отдельные инжекционные датчики температуры и давления, расположенные в комплекте инжекторов, и датчик абсолютного давления в коллекторе, расположенном в электронном блоке управления, в который подается сигнал давления в коллекторе. Одно из самых больших ограничений, с которыми приходится сталкиваться в данном известном решении, относится к тому факту, что указанные датчики включают в себя отдельные элементы, что делает их установку более сложной, помимо включения больших общих затрат на изготовление и более сложную схему размещения труб и электрических соединений (для обеспечения электропитания датчиков и приема сигналов от соответствующих датчиков), предусмотренных для соединения всей системы. Более высокая степень интеграции и сложность, очевидно, проявляются на этапах установки и обслуживания системы при дополнительном риске неправильной установки элементов.

Для частичного устранения указанных недостатков известный уровень техники разработал технические решения, в которых датчик давления впрыска газа и датчик абсолютного давления в коллекторе объединены в один элемент, однако, такие решения только частично решают указанную проблему.

Кроме того, известны решения, в которых датчики температуры и давления впрыска объединены в один элемент, который может быть соединен при помощи подходящих взаимно фиксирующих средств с корпусом устройства для фильтрации газа, установленного в системе. Данное решение также имеет некоторые ограничения, включая тот факт, что все еще необходимо установить отдельный датчик для регистрации давления в коллекторе, который в некоторых известных решениях размещен в электронном блоке управления системы, также включающем указанные ограничения.

Раскрытие изобретения

Основной целью настоящего изобретения является создание фильтрующего устройства для систем подачи газа в двигатели внутреннего сгорания, которое структурно и функционально выполнено с возможностью устранения указанных ограничений относительно известного уровня техники.

Эта цель и другие цели, которые будут более понятны из нижеследующего описания, достигаются настоящим изобретением при помощи герметичного фильтрующего устройства для систем подачи газа в двигатели внутреннего сгорания, которое содержит датчики (10, 11, 12), встроенные в упомянутое фильтрующее устройство, для регистрации давления и температуры впрыскиваемого в двигатель газа и давления во впускном коллекторе двигателя.

При этом фильтрующее устройство также содержит основную камеру (13) для фильтрации газа, в которой работают датчики (10, 11) для регистрации давления и температуры газа, впрыскиваемого в двигатель, и вспомогательную камеру (14) для прохождения газа, причем вспомогательная камера (14) отделена и независима от основной камеры (13), в которой работает датчик (12) для регистрации давления во впускном коллекторе двигателя. Указанная основная камера (13) содержит гнездо (19) для вмещения фильтрующего элемента (6) патронного типа, датчики (10, 11) для регистрации давления и температуры впрыска, установленные в части основной камеры (13), которая проходит вниз по потоку от фильтрующего элемента (6), относительно направления потока газа внутри устройства.

Кроме того, основная фильтрующая камера (13) содержит впускное и выпускное отверстия (17, 18) для потока газа для соединения основной камеры (13) в связи по текучей среде с впускным отверстием устройства (4) для понижения давления и комплект инжекторов (5) с электрическим управлением для впрыскивания газа в двигатель, а вспомогательная камера (14) содержит соответствующие впускное и выпускное отверстия (17, 18) для потока газа для соединения вспомогательной камеры (14) в связи по текучей среде с впускным отверстием устройства (4) для понижения давления и впускным коллектором двигателя.

Кроме того, в фильтрующем устройстве согласно изобретению для каждой из камер (13, 14) на участке впускных и выпускных отверстий (17, 18; 24, 25) установлены соответствующие штуцеры (17а, 18а; 24а, 25а) для труб, которые проходят в осевом направлении при взаимном совмещении, причем осевые направления прохождения пар штуцеров (17а, 18а; 24а, 25а) для впускных и выпускных труб соответствующих камер (13, 14) параллельны и расположены на расстоянии друг от друга.

При этом фильтрующее устройство дополнительно содержит узел (22) электросхемы для обеспечения электропитания и управления датчиками (10, 11, 12), встроенными в устройство, который установлен в полости (21), которая расположена между камерами (13, 14) и которая открывается в них при помощи отверстий, которые способны вмещать чувствительные элементы датчиков (10, 11, 12) соответственно, с газонепроницаемым закреплением элементов в соответствующих отверстиях.

Фильтрующее устройство согласно изобретению также содержит встроенный в устройство один соединительный элемент (27), включающий в себя соответствующие выводы (28) для обеспечения электропитания и получения сигналов датчиков (10, 11, 12), причем выводы (28) электрически соединены с узлом (22) электросхемы для обеспечения электропитания и управления датчиками при помощи электрических проводов.

При этом вспомогательная камера (14) фильтрующего устройства образована в элементе (26), который способен закрепляться с возможностью съема в основном корпусе (15) фильтрующего устройства, в котором установлена основная фильтрующая камера (13), а приемная газонепроницаемая полость (21) узла (22) электросхемы образована как основным корпусом (15) устройства, так и элементом (26), который прикреплен с возможностью съема к корпусу (15).

Фильтрующее устройство согласно изобретению также содержит встроенный в устройство дополнительный датчик (35) для регистрации температуры во впускном коллекторе двигателя, который является активным во вспомогательной камере (14).

При этом датчик (35) для регистрации температуры во впускном коллекторе двигателя встроен в датчик (12) для регистрации давления в коллекторе.

Краткое описание чертежей

Признаки и преимущества настоящего изобретения будут более понятны из подробного описания одного предпочтительного варианта осуществления, проиллюстрированного в виде неограничивающего примера со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Фиг.1 и 2 изображают перспективные виды фильтрующего устройства, выполненного в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.3 изображает осевое сечение устройства на фиг.1;

фиг.4 изображает схематический вид системы подачи газа в двигатели внутреннего сгорания, оснащенной устройством в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.5 изображает вид варианта настоящего изобретения, соответствующего варианту на фиг.3.

Осуществление изобретения

Как показано на указанных чертежах, фильтрующее устройство для фильтрации газообразного топлива в системах подачи газа в двигатели внутреннего сгорания, выполненное в соответствии с настоящим изобретением, обычно обозначено ссылочным номером 1.

В данном контексте подразумевается, что термин «газ» относится к любому топливу, которое используется для создания силы тяги автомобиля и которое в рабочих условиях, относящихся к температуре и давлению впрыска в двигатель, находится в газообразной фазе, независимо от того, что оно в баке хранения находится в газообразной или жидкой фазе. Одним примером газа в первом случае является метан и одним примером во втором случае является сжиженный нефтяной газ.

Необходимо понимать, что идея настоящего изобретения также применима в системах подачи одного или другого указанного газообразного топлива или любого другого топлива.

Фильтрующее устройство 1 вставляется в систему подачи горючего газа в двигатель внутреннего сгорания и только схематически изображено на фиг.4. Система обычно содержит бак 2 для хранения горючего газа, из которого газ подается по трубе 3 под высоким давлением (в которой установлены отсечные клапаны, известные по сути) в устройство 4 для понижения давления. При помощи устройства 4 для понижения давления, которое также может выполнять функцию испарителя газа (посредством нагревания, осуществляемого при прохождении охлаждающей воды двигателя через трубы 4а, 4b), давление газа устанавливается до заданного значения (в газообразной фазе) для подачи в комплект инжекторов 5 с электрическим управлением, которые способны подавать газ, необходимый для двигателя во время его работы. Фильтрующее устройство 1, которое способно фильтровать газ перед впрыском в цилиндры двигателя, распложено в линии подачи газа между комплектом инжекторов 5 и устройством 4 для понижения давления.

С этой целью фильтрующее устройство 1 оснащено фильтрующим элементом 6, например, взаимозаменяемого патронного типа.

Впускной коллектор двигателя дополнительно обозначен ссылочным номером 7 и схематически проиллюстрирован. Измеряется абсолютное давление на входе во впускном коллекторе, величина которого используется для регулирования перепада давления, создаваемого в устройстве 4 для понижения давления, как будет более понятно ниже. Для осуществления управления системой подачи в системе дополнительно установлен электронный блок управления, обозначенный ссылочным номером 8, который обычно включает в себя микропроцессор для электронной обработки данных, который обрабатывает в реальном времени сигналы ряда датчиков, рассчитывая оптимальную продолжительность впрыска газа на основании рабочих условий двигателя.

Среди подходящих датчиков для осуществления настоящего изобретения система содержит датчик 10 для регистрации давления газа, впрыскиваемого в двигатель, датчик 11 для регистрации температуры впрыска газа, а также датчик 12 для регистрации абсолютного давления во впускном коллекторе 7 двигателя.

В соответствии с основным признаком настоящего изобретения все три датчика 10, 11 и 12 встроены в фильтрующее устройство 1.

Более подробно, фильтрующее устройство содержит основную камеру 13 для фильтрации газа, в которой работают датчики 10, 11, и отдельную вспомогательную камеру 14, которая не зависит от камеры 13, и в которой работает датчик 12 давления. Основная камера 13 образована в корпусе 15 фильтрующего устройства, с которым соединен с возможностью съема корпус 16 для вмещения патрона 6 фильтра (посредством соединения с помощью винта/гайки). Впускное отверстие и выпускное отверстие для потока газа разделены в корпусе 15, причем они обозначены ссылочными номерами 17 и 18 и образованы в штуцерах 17а и 18а впускной и выпускной труб соответственно. Первый газовый канал 17b проходит от штуцера 17а впускной трубы, соединенного с гнездом 19 для установки патрона вниз по потоку, от которого проходит второй газовый канал 18b, соединенный с гнездом 19, до выпускного отверстия 18а. Датчики 10, 11 давления и температуры расположены в части камеры вниз по потоку от патрона 6 фильтра и эффективно взаимодействуют с соответствующими чувствительными регистрирующими элементами внутри канала 18b.

При этом пара сквозных отверстий 20а, 20b открыта в газовом канале 18b и соединяется с внутренней полостью 21 устройства, которая расположена между камерами 13 и 14. Чувствительные элементы датчиков 10, 11 установлены в этих отверстиях с помощью газонепроницаемых крепежных средств, образованных при помощи одного или более уплотнительных колец, обычно обозначенных ссылочным номером 20 с. Электронная плата, которая содержит узел 22 электросхемы для обеспечения электропитания и управления указанными датчиками, установлена в полости 21, как будет описано подробно ниже. Узел 22 электрической схемы выполнен в виде печатной схемы, в которою установлены датчики 10, 11 и датчик 12. Чувствительный измерительный элемент датчика 12 установлен подобным образом посредством газонепроницаемого закрепления с помощью уплотнительных колец 23а в сквозном отверстии 23, которое обеспечивает соединение полости 21, с вспомогательной камерой 14. Датчик 12 предпочтительно соединен с печатной схемой узла электросхемы на противоположной стороне датчиков 10 и 11, хотя также возможно другое местоположение.

Во вспомогательной камере 14 образованы отверстия для впуска и выпуска газа, которые обозначены ссылочными номерами 24 и 25 и которые образованы на участке штуцера 24 а для впускной газовой трубы и штуцера 25а для выпускной газовой трубы соответственно. Первая газовая труба 24b проходит от штуцера 24а впускной трубы, соединенного с камерой 14, от которой проходит вторая газовая труба 25b до выпускного отверстия 25а.

Штуцеры 17а, 18 а для труб и штуцеры 24а, 25а для труб предпочтительно проходят в осевом направлении при взаимном совмещении, как показано на фиг.3. Кроме того, осевые направления прохождения каждой пары штуцеров для впускной/выпускной труб камер 13, 14 параллельны и расположены на расстоянии друг от друга.

Кроме того, предусмотрено, чтобы вспомогательная камера 14 могла быть образована в элементе 26, который конструктивно не зависит от корпуса 15, но который может соединяться с ним с возможностью съема, так что элемент 26 и корпус 15 вместе определяют границы полости 21 для вмещения узла электросхемы. Для электропитания и передачи сигналов давления и температуры, получаемых датчиками, фильтрующее устройство снабжено одним соединителем 27, содержащим соответствующие электрические выводы, обычно обозначенные ссылочным номером 28, которые электрически соединены с узлом схемы управления при помощи электрических проводов, которые выполнены на печатной схеме. Соединитель 27 предпочтительно выполнен как одно целое с корпусом 15 фильтра и имеет вид розетки, пригодной для соединения с соответствующим гнездовым разъемом (не проиллюстрирован) для осуществления электрического соединения относительно блока 8 управления при помощи многожильного провода 29, схематически изображенного на чертежах.

В описанном примере предусмотрено, чтобы соединитель имел пять выводов 28, два, предназначенных для обеспечения электропитания платы узла электросхемы, и три, предназначенных для соответствующих сигналов, получаемых датчиками 10, 11 и 12, встроенными в устройство 1, причем может быть выполнено другое количество выводов в соответствии с различными конкретными требованиями, но предполагается, что оно остается таким, чтобы имеющиеся выводы тем не менее были встроены в одном соединителе, который выполнен как одно целое с основным корпусом фильтрующего устройства, например, при помощи способа формования пластического материала.

Как показано на чертеже системы подачи, проиллюстрированной на фиг.4, трубка, пригодная для соединения штуцера 17а для впускной трубы с впускным отверстием устройства 4 для понижения давления, обозначена ссылочным номером 30, а трубка, пригодная для соединения штуцера 18 а для выпускной трубы из камеры 13 с комплектом инжекторов 5 с электрическим управлением, в которые передается газ для впрыска в цилиндры двигателя, обозначена ссылочным номером 31. Трубка 32 дополнительно установлена для соединения штуцера 24b для трубы камеры 14 с впускным коллектором двигателя и другая трубка 33 установлена для соединения штуцера 25 для трубы с устройством 4 для понижения давления таким образом, что сигнал, относящийся к давлению в коллекторе, передается в устройство для понижения давления и измеряется во вспомогательной камере 14 при помощи датчика 12.

Во время работы обеспечивается то, что при помощи сигнала абсолютного давления во впускном коллекторе, измеренного датчиком 12, встроенным в фильтрующее устройство, и при помощи сигналов давления впрыска и температуры, также измеренных при помощи датчиков 10, 11, встроенных в фильтр, блок управления обеспечивает точное измерение параметров газа, подаваемого в комплект инжекторов посредством расчета оптимальной продолжительности впрыска газа на основании рабочих условий двигателя.

В варианте настоящего изобретения, проиллюстрированного на фиг.5, установлен другой датчик 35, встроенный в фильтрующее устройство 1 для измерения температуры воздуха во впускном коллекторе двигателя. Предпочтительно этот датчик может быть встроен в датчик 12 давления для работы с чувствительным измерительным элементом во вспомогательной камере 14. В данном случае узел 22 электросхемы установлен для получения значения данной температуры и для передачи его в блок 8 управления. Дополнительный вывод 28, по выбору, может быть выполнен для сигнала данной температуры в соединителе 27.

Таким образом, настоящее изобретение достигает указанные цели посредством устранения указанных ограничений известного уровня техники и обеспечения ряда преимуществ над известными решениями.

Основное преимущество заключается в том, что устройство настоящего изобретения не нуждается в дополнительных элементах для датчиков системы подачи, поскольку они встроены в фильтрующее устройство, в результате чего уменьшены затраты и упрощена установка и обслуживание системы. Кроме того, обеспечено преимущество в упрощении электрических и пневматических соединений, относящихся к датчикам, а также передаче измеренных сигналов в блок управления. Это упрощение также включает в себя меньшие расходы с точки зрения затрат на установку системы, помимо снижения риска ошибок при установке предусмотренных элементов в систему относительно известных решений.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливным системам двигателей внутреннего сгорания. Технический результат направлен на создание фильтрующего устройства для систем подачи газа в двигатели внутреннего сгорания упрощенной конструкции. Фильтрующее устройство для систем подачи газа в двигатели внутреннего сгорания содержит датчики, встроенные в упомянутое фильтрующее устройство, для регистрации давления и температуры впрыскиваемого в двигатель газа и давления во впускном коллекторе двигателя. 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Фильтрующее устройство для систем подачи газа в двигатели внутреннего сгорания, отличающееся тем, что оно содержит датчики (10, 11, 12), встроенные в упомянутое фильтрующее устройство, для регистрации давления и температуры впрыскиваемого в двигатель газа и давления во впускном коллекторе двигателя.

2. Фильтрующее устройство по п.1, содержащее основную камеру (13) для фильтрации газа, в которой работают датчики (10, 11) для регистрации давления и температуры газа, впрыскиваемого в двигатель, и вспомогательную камеру (14) для прохождения газа, причем вспомогательная камера (14) отделена и независима от основной камеры (13), в которой работает датчик (12) для регистрации давления во впускном коллекторе двигателя.

3. Фильтрующее устройство по п.2, в котором основная камера (13) содержит гнездо (19) для вмещения фильтрующего элемента (6) патронного типа, датчики (10, 11) для регистрации давления и температуры впрыска установлены в части основной камеры (13), которая проходит вниз по потоку от фильтрующего элемента (6), относительно направления потока газа внутри устройства.

4. Фильтрующее устройство по п.3, в котором основная фильтрующая камера (13) содержит впускное и выпускное отверстия (17, 18) для потока газа для соединения основной камеры (13) в связи по текучей среде с впускным отверстием устройства (4) для понижения давления и комплект инжекторов (5) с электрическим управлением для впрыскивания газа в двигатель.

5. Фильтрующее устройство по п.2, в котором вспомогательная камера (14) содержит соответствующие впускное и выпускное отверстия (24, 25) для потока газа для соединения вспомогательной камеры (14) в связи по текучей среде с впускным отверстием устройства (4) для понижения давления и впускным коллектором двигателя.

6. Фильтрующее устройство по любому из пп.2-5, в котором для каждой из камер (13, 14) на участке впускных и выпускных отверстий (17, 18; 24, 25) установлены соответствующие штуцеры (17а, 18а; 24а, 25а) для труб, которые проходят в осевом направлении при взаимном совмещении.

7. Фильтрующее устройство по п.6, в котором осевые направления прохождения пар штуцеров (17а, 18а; 24а, 25а) для впускных и выпускных труб соответствующих камер (13, 14) параллельны и расположены на расстоянии друг от друга.

8. Фильтрующее устройство по п.1, содержащее узел (22) электросхемы для обеспечения электропитания и управления датчиками (10, 11, 12), встроенными в устройство.

9. Фильтрующее устройство по п.8, в котором узел (22) электросхемы установлен в полости (21), которая расположена между камерами (13, 14), и которая открывается в них при помощи отверстий, которые способны вмещать чувствительные элементы датчиков (10, 11, 12) соответственно с газонепроницаемым закреплением элементов в соответствующих отверстиях.

10. Фильтрующее устройство по п.1, содержащее встроенный в устройство один соединительный элемент (27), включающий в себя соответствующие выводы (28) для обеспечения электропитания и получения сигналов датчиков (10, 11, 12), причем выводы (28) электрически соединены с узлом (22) электросхемы для обеспечения электропитания и управления датчиками при помощи электрических проводов.

11. Фильтрующее устройство по п.1, в котором вспомогательная камера (14) образована в элементе (26), который способен закрепляться с возможностью съема в основном корпусе (15) фильтрующего устройства, в котором установлена основная фильтрующая камера (13).

12. Фильтрующее устройство по п.11, в котором приемная газонепроницаемая полость (21) узла (22) электросхемы образована как основным корпусом (15) устройства, так и элементом (26), который прикреплен с возможностью съема к корпусу (15).

13. Фильтрующее устройство по п.1, содержащее встроенный в устройство дополнительный датчик (35) для регистрации температуры во впускном коллекторе двигателя.

14. Фильтрующее устройство по п.2 и 13, в котором датчик (35) для регистрации температуры во впускном коллекторе является активным во вспомогательной камере (14).

15. Фильтрующее устройство по п.14, в котором датчик (35) для регистрации температуры во впускном коллекторе двигателя встроен в датчик (12) для регистрации давления в коллекторе.