СИСТЕМА ПИТАНИЯ ГАЗОДИЗЕЛЯ С ЭЛЕКТРОННЫМ УПРАВЛЕНИЕМ Российский патент 2023 года по МПК F02M43/00 F02D19/06 

Предлагаемое изобретение относится к области двигателестроения, а именно, к системам питания топливом двигателя внутреннего сгорания, работающего по газодизельному циклу. Технический результат от использования изобретения заключается в повышении эффективности и экономичности ДВС за счет совершенствования электронной системы управления топливоподачей.

Известна система питания газодизеля, обеспечивающая регулирование подвода к дизелю двух видов топлива, в которой блок управления регулирует количество запальной дозы дизельного топлива в сторону увеличения и уменьшает подачу газового топлива (см. пат. RU № 160771 U1, опубл. 23.07.2016 г.).

Недостатком данной системы является отсутствие автоматического перехода с дизельного топлива на газодизельное в режиме прогревания. Кроме того, в системе отсутствует возможность автоматической корректировки угла опережения подачи дизельного топлива.

Известна система топливоподачи газодизеля с внутренним смесеобразованием, обеспечивающая регулирование подвода к дизелю двух видов топлива, в которой порция газообразного топлива регулируется с помощью электромагнитного клапана, а доза дизельного топлива - топливного насоса высокого давления (см. пат. RU 2126908 C1, опубл. 27.02.1999 г.).

Недостатком данной системы является повышенный расход дизельного топлива.

Наиболее близким аналогом, выбранным за прототип предлагаемого устройства является система питания газодизеля, по пат. RU № 2617017, опубл. 19.04.2017 г. Система содержит линию подачи газа, связывающую источник газового топлива с впускным коллектором двигателя, и линию питания жидким топливом с насосом высокого давления. Система снабжена электронным блоком управления, управляющим исполнительным устройством насоса, связанным с рейкой топливного насоса, электромагнитными клапанами подачи газа, исполнительным устройством управления заслонкой перепуска отработавших газов из выпускного коллектора во впускной в соответствии с входящими сигналами от датчиков температуры охлаждающей жидкости, отработавших газов, воздуха, давления газа, положения рейки подачи топлива, частоты вращения коленчатого вала, положения верхней мертвой точки, детонации, расхода воздуха, электронной педали подачи топлива, ручного регулятора подачи топлива, переключателя режима «Дизель-Газодизель», переключателя «Ручной-Автоматический».

Недостатком системы является внешнее смесеобразование, которое повышает опасность детонационного сгорания и увеличивает механические (насосные) потери из-за необходимости использования смесителей газа и воздуха.

Предлагаемая система решает проблему обеспечения точного и стабильного дозирования последовательно малых цикловых порций топлива без снижения давления впрыска за счет отказа от внешнего смесеобразования, что при этом не ухудшает качество распыливания топлива и не приводит к пропускам воспламенения.

Для решения указанной проблемы используется следующая совокупность существенных признаков: система питания газодизеля с электронным управлением, (содержащая, так же как и прототип: линию питания газообразным топливом, связывающую источник газообразного топлива с впускным коллектором газодизеля, и линию питания дизельным топливом с насосом высокого давления, соединяющую источник дизельного топлива с газодизелем, и электронный блок управления), в отличие от прототипа система дополнительно содержит: аккумулятор дизельного топлива, аккумулятор газообразного топлива, электрогидроуправляемую форсунку для подачи газообразного топлива в газодизель, электрогидроуправляемую форсунку для подачи дизельного топлива в газодизель, блок питания электрическим током, датчики: рабочего положения топлив, температуры дизельной форсунки, атмосферного давления и нагрузки, термоэлектрический охладитель, установленный на корпусе форсунки дизельного топлива, холодные спаи которого связаны с распылителем форсунки, а горячие - с системой охлаждения, при этом электронный блок управления выполнен в виде логического элемента, входы которого соединены с выходами датчиков и блока питания электрическим током, а выходы соответственно с входами электрогидроуправляемых форсунок.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в обеспечении точного и стабильного дозирования малых цикловых порций дизельного и газообразного топлива для подачи в ДВС. При этом снижение цикловой подачи дизельного топлива не приведет к уменьшению давления впрыска, что в свою очередь не ухудшит качество распыливания топлива и не приведет к пропускам воспламенения. Важным преимуществом заявляемого устройства по сравнению с аналогами является то, что оно позволяет изменять угол опережения подачи топлива в широком диапазоне частоты вращения и нагрузок. В свою очередь, электрогидроуправляемые форсунки с электронным управлением впрыска обеспечивают экономичность работы двигателя на малых нагрузках. Такая система лучше приспособлена для работы на различных видах топлива, если учесть, что для каждого вида топлива требуются свой оптимальный угол впрыска и определенное давление распыливания. Быстродействующая система с электронным управлением позволяет обеспечить экономию топлива при различных режимах работы.

Сопоставление предлагаемой конструкции и прототипа показало, что поставленная задача - обеспечения точного и стабильного поочередного дозирования малых цикловых порций топлива без снижения давления впрыска, решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие предлагаемого устройства критерию патентоспособности «новизна».

Вместе с тем, проведенный информационный поиск в области топливной аппаратуры газодизельных двигателей, не выявил решений, содержащих отдельные отличительные признаки заявляемого изобретения, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого устройства критерию «изобретательский уровень».

Сущность предлагаемого технического решения поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 представлена схема устройства подачи топлива в ДВС с электронным управлением.

Устройство содержит трубопровод 1 газообразного топлива, трубопровод 2 дизельного топлива, топливный насос высокого давления для дизельного топлива 3, компрессор газообразного топлива 4, аккумулятор дизельного топлива 5, аккумулятор газообразного топлива 6, управляющее логическое устройство (микропроцессорный контроллер) 7, электрогидроуправляемую форсунку для подачи дизельного топлива 8, электрогидроуправляемую форсунку для подачи газообразного топлива 9, термоэлектрический охладитель 10, датчики: температуры дизельной форсунки 11, нагрузки 12, пульта управления 13, атмосферного давления 14 и рабочего положения топлив 15, 16, блок питания 17. Позициями 18, 19, 20, 21, 22, 23 обозначены каналы подачи топлива в форсунки 8 и 9 и позицией 24 - система охлаждения газодизеля. Термоэлектрический охладитель 10, установлен на корпусе форсунки дизельного топлива 8, холодные спаи которого связаны с распылителем форсунки, а горячие -с системой охлаждения 24. Холодные спаи термоэлектрического охладителя 10 при помощи конвективного теплообмена отбирают тепло от распылителя форсунки 8 и поддерживают ее оптимальную температуру.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

При запуске ДВС включаются топливные системы: на пульт управления 13 поступает питание от блока 17 и включает его в работу. С помощью пульта управления 13 питание подается на управляющее логическое устройство 7, которое вырабатывает сигналы для подачи на электрогидроуправляемые форсунки 8, 9. При нажатии на кнопку стартера или подаче сжатого воздуха (не показаны) ДВС начинает работать на дизельном топливе до достижения рабочей температуры. После прогрева дизеля, на управляющее логическое устройство 7 поступит сигнал от датчика температуры ДВС (не указан на схеме) и в зависимости от рабочего положения датчиков: 15, 16, 12 и 14 вырабатывается оптимальный угол опережения подачи запальной дозы дизельного топлива в двигатель и начинает работать электрогидроуправляемая форсунка 9 подачи газообразного топлива, при этом автоматически снижается подача дизельного топлива до запальной дозы, которая составляет ~15% от начального количества дизельного топлива (при прогреве двигателя).

При увеличении частоты вращения (нагрузки) двигатель автоматически переходит на дизельное топливо, начинает нагреваться, соответственно повышается температура распылителя электрогидроуправляемой форсунки дизельного топлива 11. При температуре распылителя электрогидроуправляемой форсунки дизельного топлива, например, 170°C и более сигнал от датчика температуры 11 поступает на управляющее логическое устройство 7, которое включает термоэлектрический охладитель 10, холодные спаи которого охлаждают при помощи конвективного теплообмена распылитель форсунки 8, горячие спаи охлаждаются системой охлаждения 24 двигателя. После снижения частоты вращения (нагрузки) дизеля, на управляющее логическое устройство 7 поступит сигнал от датчика нагрузки 12 и в зависимости от рабочего положения датчиков: 15, 16 и 14 вырабатывается оптимальный угол опережения подачи запальной дозы дизельного топлива в двигатель и начинает работать электрогидроуправляемая форсунка 9 подачи газообразного топлива, при этом автоматически снижается подача дизельного топлива до запальной дозы.

Достоинствами предложенного технического решения являются: устойчивая работа ДВС на малых цикловых подачах и автоматизированный переход двигателя с дизельного топлива на газодизельное. При этом за счет точного и стабильного поочередного дозирования малых цикловых порций дизельного и газообразного топлива без снижения давления впрыска, в системе сохраняется качество распыливания топлива.

Описанное устройство разработано специалистами кафедры судостроения и энергетических установок ФГБОУ ВО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» в процессе выполнения научно-исследовательской работы «Система питания газодизеля с электронным управлением». Были произведены расчеты, показавшие возможность использования данной системы на судах-газовозах, на которых двигатели работают на газе из кипящего слоя.

Изложенное позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию «промышленная применимость».

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно, к системам питания топливом двигателей внутреннего сгорания, работающих по газодизельному циклу. Изобретение решает проблему обеспечения точного и стабильного дозирования последовательно малых цикловых порций топлива без снижения давления впрыска за счет отказа от внешнего смесеобразования. Предложена система питания газодизеля с электронным управлением, содержащая линию 1 питания газообразным топливом, связывающую источник газообразного топлива с впускным коллектором газодизеля и линию 2 питания дизельным топливом с насосом высокого давления 3, соединяющую источник дизельного топлива с газодизелем и электронный блок управления 7. Система содержит аккумулятор дизельного топлива 5, аккумулятор газообразного топлива 6, электрогидроуправляемую форсунку 9 подачи газообразного топлива, электрогидроуправляемую форсунку 8 подачи дизельного топлива, блок питания электрическим током 17, датчики: рабочего положения топлив 15, 16, температуры дизельной форсунки 11, атмосферного давления 14 и нагрузки 12, термоэлектрический охладитель 10, установленный на корпусе форсунки дизельного топлива 8, холодные спаи которого связаны с распылителем форсунки, а горячие - с системой охлаждения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система питания газодизеля с электронным управлением, содержащая линию питания газообразным топливом, связывающую источник газообразного топлива с впускным коллектором газодизеля, и линию питания дизельным топливом с насосом высокого давления, соединяющую источник дизельного топлива с газодизелем, и электронный блок управления, отличающаяся тем, что дополнительно содержит: аккумулятор дизельного топлива, аккумулятор газообразного топлива, электрогидроуправляемую форсунку для подачи в газодизель газообразного топлива, электрогидроуправляемую форсунку для подачи в газодизель дизельного топлива, блок питания электрическим током и датчики: рабочего положения топлив, температуры дизельной форсунки, атмосферного давления и нагрузки, а также термоэлектрический охладитель, установленный на корпусе электрогидроуправляемой форсунки дизельного топлива, при этом входы электронного блока управления соединены с выходами датчиков и блока питания электрическим током, а выходы соответственно с электрическими входами электрогидроуправляемых форсунок.

2. Система питания по п.1, отличающаяся тем, что холодные спаи термоэлектрического охладителя связаны с распылителем электрогидроуправляемой форсунки дизельного топлива, а горячие - с системой охлаждения.

3. Система питания по п.1, отличающаяся тем, что электронный блок управления выполнен в виде логического элемента.