СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РАБОТОЙ ХОЛОДНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ В ПЕРИОД ЕГО ПУСКА И ПРОГРЕВА Российский патент 2014 года по МПК F02D41/06 F02D19/02 F02D19/08 

Настоящее изобретение относится к способу управления работой холодного газового двигателя внутреннего сгорания (ДВС) с принудительным воспламенением рабочей смеси в период его пуска и прогрева, заключающемуся в том, что в по меньшей мере один момент времени до зажигания впрыскивают газообразное топливо, а затем, но также еще до зажигания дополнительно впрыскивают вспомогательное топливо.

Способы управления работой холодного газового ДВС с принудительным воспламенением рабочей смеси в период его пуска и прогрева известны. При этом ДВС обычно сначала работает на вспомогательном топливе до тех пор, пока ДВС не достигнет определенной рабочей температуры. Для работы ДВС на вспомогательном топливе идеальной является стехиометрическая смесь вспомогательного топлива с воздухом (коэффициент избытка воздуха λ около 1). Однако предварительно отрегулировать состав рабочей смеси на такое соотношение ее компонентов невозможно, а вместо этого его приходится регулировать в процессе работы ДВС. Поэтому с целью обеспечить надежное зажигание в ДВС, а также высокую плавность его работы обычно впрыскивают обогащенную смесь вспомогательного топлива с воздухом (λ≈0,9). По этой причине вспомогательное топливо подается в большем количестве, чем то, которое может сгореть в смеси с имеющимся количеством воздуха. Однако подача вспомогательного топлива в сверхстехиометрическом количестве нежелательна, поскольку из-за обогащения рабочей смеси увеличивается количество образующихся при работе ДВС вредных веществ, а обработка отработавших газов (ОГ) с целью снижения их токсичности затрудняется по той причине, что вместе с ними из ДВС выходит и несгоревшее вспомогательное топливо. Сразу же после прогрева ДВС до определенной рабочей температуры его можно полностью перевести на работу на газе. Тем самым недостаток, связанный с работой холодного газового ДВС в период его пуска и прогрева на вспомогательном топливе, состоит, во-первых, в необходимости иметь на транспортном средстве сравнительно большой запас вспомогательного топлива, а во-вторых, в образовании значительно большего количества вредных веществ при работе ДВС на вспомогательном топливе, чем при его работе на газе.

Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача разработать способ управления работой холодного ДВС с принудительным воспламенением рабочей смеси в период его пуска и прогрева, каковой способ позволил бы снизить расход вспомогательного топлива и сократить выбросы вредных веществ двигателем внутреннего сгорания.

Указанная задача решается согласно изобретению благодаря тому, что в газовый ДВС с принудительным воспламенением рабочей смеси в по меньшей мере один момент времени до зажигания впрыскивают газообразное топливо, а затем, но также еще до зажигания дополнительно впрыскивают вспомогательное топливо. В соответствии с этим до зажигания камеру сгорания заполняют газовоздушной смесью, которая может быть исключительно бедной. На второй стадии впрыскивают вспомогательное топливо, которое обеспечивает возможность воспламенения бедной газовоздушной смеси.

В одном из вариантов осуществления изобретения путем впрыскивания газообразного топлива образуют гомогенную бедную газовоздушную смесь. Гомогенная газовоздушная смесь, равномерно заполняющая камеру сгорания, сгорает исключительно равномерно и обеспечивает тем самым исключительно высокую плавность работы ДВС. Применение бедной газовоздушной смеси позволяет сократить выбросы вредных веществ двигателем внутреннего сгорания.

В еще одном варианте осуществления изобретения путем впрыскивания вспомогательного топлива создают богатый послойный заряд. Для возможности воспламенения бедной газовоздушной смеси сначала в определенном месте камеры сгорания необходимо создать способную к воспламенению смесь. Достигают этого путем создания послойного заряда из вспомогательного топлива. Благодаря малому количеству впрыснутого вспомогательного топлива происходит полное сгорание богатой смеси вспомогательного топлива с воздухом, поскольку остальной объем камеры сгорания заполнен бедной газовоздушной смесью и поэтому в камере сгорания имеется достаточное для полного сгорания вспомогательного топлива количество воздуха. При впрыскивании вспомогательного топлива его предпочтительно распылять в виде капелек минимально возможных размеров, поскольку при впрыскивании жидкого вспомогательного топлива его находящиеся в камере сгорания капельки, внутри каждой из которых присутствует исключительно богатая смесь, сначала должны испариться. Исключительно же богатой смесью обусловлено образование большего количества сажи в ДВС.

В следующем варианте осуществления изобретения богатый послойный заряд создают в зоне обеспечивающей воспламенение свечи зажигания, установленной на газовом ДВС. Предлагаемый в изобретении способ ориентирован на его реализацию в газовом ДВС с принудительным воспламенением рабочей смеси. Поэтому в отличие от ДВС с воспламенением рабочей смеси от сжатия в данном случае требуется устройство для зажигания смеси, которое инициирует сгорание топлива. Богатую смесь вспомогательного топлива с воздухом в виде послойного заряда предпочтительно впрыскивать в зоне свечи зажигания. Тем самым в момент зажигания в этой зоне находится способная к воспламенению смесь вспомогательного топлива с воздухом, тогда как остальной объем камеры сгорания заполнен бедной топливовоздушной смесью, которая в таком виде не способна к воспламенению от свечи зажигания. Сразу же после воспламенения топливовоздушной смеси богатого послойного заряда свечой зажигания воспламеняется и бедная смесь в остальном пространстве камеры сгорания.

В еще одном варианте осуществления изобретения газообразное топливо впрыскивают в по меньшей мере один цилиндр газового ДВС. Сказанное означает, что цилиндр ДВС должен быть оснащен по меньшей мере одним устройством, которое позволяет подавать газообразное топливо в цилиндр. Подобный процесс называют непосредственным впрыскиванием. Топливо при этом в определенный момент времени подается в цилиндр и смешивается с находящимся в нем воздухом. В идеальном случае находящийся в цилиндре воздух представляет собой свежий воздух, поданный в цилиндр еще до впрыскивания в него газообразного топлива. С этой целью цилиндр оснащен другими устройствами.

В следующем варианте осуществления изобретения газообразное топливо впрыскивают в по меньшей мере одну воздуховпускную трубу газового ДВС. Подобный процесс называют впрыскиванием во впускной коллектор. При этом уже в процессе подачи топлива в цилиндр топливо смешивается с одновременно поданным свежим воздухом. В результате газовоздушная смесь исключительно гомогенно распределяется в камере сгорания. Помимо этого можно предусмотреть подогрев топливовоздушной смеси пригодными для этой цели средствами. В идеальном случае предусмотрены устройства, которые позволяют подавать газообразное топливо и непосредственно в цилиндр газового ДВС, и в его воздуховпускную трубу. Связанное с этим преимущество состоит в том, что при впрыскивании в воздуховпускную трубу газового ДВС образуется бедная гомогенная газовоздушная смесь, а при впрыскивании непосредственно в цилиндр ДВС можно обеспечить точечную подачу богатого послойного заряда. Этот вариант осуществления предлагаемого в изобретении способа позволяет снизить выброс твердых частиц двигателем внутреннего сгорания. Помимо этого в данном случае возможна работа ДВС с установкой момента зажигания на очень позднее зажигание. Момент зажигания соответствует тому положению поршня в цилиндре, в котором в свече зажигания проскакивает искра.

В еще одном варианте осуществления изобретения газообразное топливо впрыскивают при нахождении по меньшей мере одного поршня газового ДВС далеко от верхней мертвой точки. При впрыскивании газообразного топлива должна образовываться максимально гомогенная бедная газовоздушная смесь. С целью обеспечить максимально равномерное перемешивание топлива с находящимся в камере сгорания воздухом газообразное топливо впрыскивают при нахождении поршня далеко от его верхней мертвой точки, по достижении которой инициируют зажигание топливовоздушной смеси. Необходимо отметить, что зажигание можно также инициировать непосредственно перед достижением поршнем или непосредственно после прохождения им своей верхней мертвой точки. Этот вариант осуществления предлагаемого в изобретении способа обеспечивает исключительно однородное перемешивание впрыснутого топлива с находящимся в цилиндре воздухом. В результате во всем или в по меньшей мере значительном объеме камеры сгорания образуется исключительно гомогенная газовоздушная смесь.

В следующем варианте осуществления изобретения вспомогательное топливо впрыскивают при нахождении поршня непосредственно перед его верхней мертвой точкой или в ней. Поскольку зажигание топливовоздушной смеси происходит при нахождении поршня в зоне его верхней мертвой точки, вспомогательное топливо благодаря его впрыскиванию при нахождении поршня непосредственно перед его верхней мертвой точкой или в ней не может или может лишь незначительно распространяться по камере сгорания. Тем самым вспомогательное топливо лишь незначительно смешивается с находящимся в цилиндре воздухом, а смесь вспомогательного топлива с воздухом лишь незначительно распространяется по камере сгорания. В результате богатая смесь вспомогательного топлива с воздухом присутствует в камере сгорания в одной ее зоне, положение которой можно изменять, варьируя расположение подающего устройства, а также параметры подачи (давление, угол распыла, степень распыливания). В идеальном случае впрыскивание вспомогательного топлива должно приводить к образованию богатого послойного заряда, находящегося в зоне свечи зажигания.

В еще одном варианте осуществления изобретения в качестве газообразного топлива используют сжиженный газ (сжиженный нефтяной газ, называемый также сжиженным газом для питания ДВС) или сжатый природный газ. Помимо этого можно также использовать сжиженный природный газ. Под сжиженным газом подразумевается сжиженный пропан и/или бутан и/или смесь, по меньшей мере частично содержащая пропан и/или бутан.

В следующем варианте осуществления изобретения в качестве вспомогательного топлива используют бензин или смесь, по меньшей мере частично содержащую бензин. В качестве другого компонента такая смесь

содержит, например, спирты. Применение бензоспиртовых смесей позволяет снизить расход топлива и сократить выброс вредных веществ. В качестве вспомогательного топлива используют прежде всего смеси, такие как ЕЮ (с содержанием этанола 10%) и E85 (с содержанием этанола 85%).

В еще одном варианте осуществления изобретения по окончании периода пуска и прогрева газового ДВС, т.е. в период его работы в прогретом состоянии, он работает только на газообразном топливе. В отношении газового ДВС с принудительным воспламенением рабочей смеси при этом преследуется цель снизить расход вспомогательного топлива до минимально возможного. Рассмотренные выше варианты осуществления предлагаемого в изобретении способа обеспечивают снижение потребного количества вспомогательного топлива в период прогрева ДВС за счет использования вспомогательного топлива лишь в качестве вспомогательного средства для воспламенения - газовоздушной смеси. После же прогрева ДВС должно обеспечиваться дальнейшее снижение потребного количества вспомогательного топлива. Для этого по достижении двигателем своей рабочей температуры, т.е. после его прогрева, прекращают подачу вспомогательного топлива. Поэтому в прогретом состоянии ДВС работает исключительно на газообразном топливе.

В еще одном варианте осуществления изобретения при работе ДВС в прогретом состоянии осуществляют первый впрыск газообразного топлива, выполняемый при нахождении поршня перед его верхней мертвой точкой, и последующий второй впрыск газообразного топлива, выполняемый при нахождении поршня непосредственно перед его верхней мертвой точкой или в ней. Аналогично рассмотренным выше вариантам газообразное топливо сначала подают в камеру сгорания в момент времени, соответствующий нахождению поршня перед его верхней мертвой точкой далеко от нее, таким образом, чтобы в камере сгорания образовывалась гомогенная бедная газовоздушная смесь. В более поздний момент времени, соответствующий нахождению поршня непосредственно перед его верхней мертвой точкой или в ней, происходит дополнительная подача газообразного топлива. Предпочтительно при этом образование богатого послойного заряда, прежде всего в зоне свечи зажигания, установленной на газовом ДВС. Тем самым и после прогрева ДВС он работает в так называемом режиме "Homogen Split" (с двойным впрыскиванием топлива). Подобный режим характеризуется тем, что в преобладающей части камеры сгорания присутствует гомогенная бедная топливовоздушная смесь, которая сама не способна к воспламенению. Ее воспламенение обеспечивается за счет создания богатого послойного заряда, который предпочтительно создавать в зоне свечи зажигания, установленной на газовом ДВС, и в котором соотношение между топливом и воздухом соответствует составу способной к воспламенению смеси.

Изобретение относится к управлению газового двигателя в период его пуска и прогрева. Техническим результатом является снижение расхода вспомогательного топлива в период пуска и прогрева, а также сокращение выбросов вредных веществ. Сущность изобретения заключается в том, что в, по меньшей мере, один момент времени до зажигания впрыскивают газообразное топливо, а затем, но также еще до зажигания, дополнительно впрыскивают вспомогательное топливо. 8 з.п. ф-лы.

1. Способ управления работой холодного газового двигателя внутреннего сгорания (ДВС) с принудительным воспламенением рабочей смеси в период его пуска и прогрева, заключающийся в том, что в по меньшей мере один момент времени до зажигания впрыскивают газообразное топливо, а затем, но также еще до зажигания дополнительно впрыскивают вспомогательное топливо.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что путем впрыскивания газообразного топлива образуют гомогенную бедную газовоздушную смесь.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что путем впрыскивания вспомогательного топлива создают богатый послойный заряд.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что богатый послойный заряд создают в зоне, обеспечивающей воспламенение свечи зажигания, установленной на газовом ДВС.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что газообразное топливо впрыскивают в, по меньшей мере, один цилиндр газового ДВС.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что газообразное топливо впрыскивают в, по меньшей мере, одну воздуховпускную трубу газового ДВС.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что вспомогательное топливо впрыскивают при нахождении поршня непосредственно перед его верхней мертвой точкой или в ней.

8. Способ по пп.1, 2, 5, 6, отличающийся тем, что в качестве газообразного топлива используют сжиженный газ (сжиженный нефтяной газ) или сжатый природный газ.

9. Способ по одному из пп.1, 3, 7, отличающийся тем, что в качестве вспомогательного топлива используют бензин или смесь, по меньшей мере, частично содержащую бензин.