Система питания дизеля с двухфазным смесеобразованием Российский патент 2024 года по МПК F02D19/08 F02D19/12 F02D41/00 F02M43/00 

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано в поршневых двигателях внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, в которых смесеобразование осуществляется в две фазы: в первой фазе – впрыск углеводородного активатора (бензина, керосина, спирта, смесевого растительно-нефтяного топлива и др.) в ветви впускного трубопровода дизеля на такте впуска с образованием активаторно-воздушной смеси; во второй фазе - впрыск моторного топлива в цилиндры дизеля на такте сжатия активаторно-воздушной смеси, образованной в первой фазе [Уханов, А.П. Двухфазное смесеобразование в тракторном дизеле: концепция технического решения / А.П. Уханов, М.Д. Дубин, М.В. Рыблов // Нива Поволжья. – 2020 – № 2 (55). – С. 90-96].

Известна система питания дизеля с двухфазным смесеобразованием [Патент 2273750 РФ, МКП F 02 D 19/12, F 02 М 43/00. Система автоматического управления подачей активатора в дизель / В.А. Рачкин, А.П. Уханов.; Пенз. гос. с.-х. академия. - № 2004135609/06; Заявл. 06.12.2004; Опубл. 10.04.2006; Бюл. № 10], содержащая механическую систему подачи моторного топлива в цилиндры дизеля, состоящую из топливного бака, соединительных топливопроводов, фильтров тонкой и грубой очистки топлива, топливоподкачивающего насоса, рядного топливного насоса высокого давления с приводной шестерней, размещенной под съёмной алюминиевой крышкой, гидравлических форсунок для впрыска топлива в цилиндры дизеля, и электронную систему одноточечной подачи углеводородного активатора во впускной трубопровод дизеля, состоящую из бака для активатора, соединительных трубопроводов, фильтра тонкой очистки активатора, электрического насоса, источника питания постоянным током, электронного блока управления, датчика нагрузочного режима, датчика частоты вращения коленчатого вала и одной электромагнитной форсунки для впрыска активатора, размещенной в начале впускного трубопровода дизеля.

Функцию датчика частоты вращения коленчатого вала выполняет индуктивный датчик, выполненный в виде отдельного узла и установленный напротив зубчатого венца маховика или шкива коленчатого вала дизеля. Датчик момента впрыска активатора в системе не предусмотрен.

Недостатками системы являются невозможность получения исходной информации от датчиков частоты вращения коленчатого вала и момента впрыска активатора в виде единого электросигнала и повышенная трудоемкость монтажа датчиков.

Известна система питания дизеля с двухфазным смесеобразованием [Патент на ПМ 177583 РФ МПК F02M 43/00, F02D19/08, F02В 48/00. Устройство для дозированной подачи активатора в дизель / А.П. Уханов, Д.А. Уханов, М.В. Рыблов, С.А. Симаков. − № 2017122353; Заяв. 26.04.2016; Опубл. 01.03.2018; Бюл. № 7], содержащая механическую систему подачи моторного топлива в цилиндры дизеля, состоящую из топливного бака, соединительных топливопроводов, фильтров тонкой и грубой очистки топлива, топливоподкачивающего насоса, рядного топливного насоса высокого давления с приводной шестерней, размещенной под съёмной алюминиевой крышкой, гидравлических форсунок для впрыска топлива в цилиндры дизеля, и электронную систему одноточечной подачи углеводородного активатора во впускной трубопровод дизеля, состоящую из бака для активатора, соединительных трубопроводов, фильтра тонкой очистки активатора, электрического насоса, источника питания постоянным током, электронного блока управления, датчика нагрузочного режима, датчика частоты вращения коленчатого вала и одной электромагнитной форсунки для впрыска активатора, размещенной в начале впускного трубопровода дизеля.

Функцию датчика частоты вращения коленчатого вала выполняет индуктивный датчик, выполненный в виде отдельного узла и установленный напротив зубчатого венца маховика или шкива коленчатого вала дизеля. Функцию датчика нагрузочного режима выполняет датчик массового расхода топлива. Датчик момента впрыска активатора в системе не предусмотрен.

Недостатками системы являются невозможность получения исходной информации от датчиков частоты вращения коленчатого вала и момента впрыска активатора в виде единого электросигнала и повышенная трудоемкость монтажа датчиков.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является система питания дизеля с двухфазным смесеобразованием [Патент 2330173 РФ МПК F02M 25/00; F02D 19/00. Устройство для обогащения воздушного заряда / А.П. Уханов, Д.А. Уханов, В.А. Рачкин, М.В. Рыблов; Заявл. 31.07.2006; № 2006127884/06; Опубл. 27.07.2008; Бюл. № 21], содержащая механическую систему подачи моторного топлива в цилиндры дизеля, состоящую из топливного бака, соединительных топливопроводов, фильтров тонкой и грубой очистки топлива, топливоподкачивающего насоса, рядного топливного насоса высокого давления с приводной шестерней, размещенной под съёмной алюминиевой крышкой, гидравлических форсунок для впрыска топлива в цилиндры дизеля, и электронную систему распределенной подачи углеводородного активатора в ветви впускного трубопровода дизеля, состоящую из бака для активатора, соединительных трубопроводов, фильтра тонкой очистки активатора, электрического насоса, источника питания постоянным током, электронного блока управления, датчика нагрузочного режима, датчика частоты вращения коленчатого вала, датчика момента впрыска активатора, рампы с регулятором давления и электромагнитных форсунок для впрыска активатора в ветви впускного трубопровода дизеля.

При этом функцию датчика частоты вращения коленчатого вала выполняет индуктивный датчик, выполненный в виде отдельного узла и установленный напротив зубчатого венца маховика или шкива коленчатого вала дизеля. В качестве датчика момента впрыска активатора используется датчик Холла, содержащий микросхему и постоянный магнит, неподвижно закрепленные напротив задающей метки, вращающейся вместе с распределительным валом дизеля.

Недостатками системы являются невозможность получения исходной информации от датчиков частоты вращения коленчатого вала и момента впрыска активатора в виде единого электросигнала и повышенная трудоемкость монтажа датчиков.

Предлагаемое изобретение направлено на устранение указанных недостатков и от его использования получен следующий технический результат: возможность получения исходной информации от датчиков частоты вращения коленчатого вала и момента впрыска активатора в виде единого электросигнала и снижение трудоемкости затрат на монтаж датчиков.

Указанный технический результат достигается тем, что функции датчика частоты вращения коленчатого вала и датчика момента впрыска активатора выполняет преобразователь электрического сигнала, содержащий микросхему датчика Холла, неподвижно закрепленную на наружной поверхности съёмной алюминиевой крышки приводной шестерни рядного топливного насоса высокого давления и электрически соединенную с электронным блоком управления, а также неодимовый магнит, закрепленный напротив микросхемы датчика Холла на боковой поверхности приводной шестерни с возможностью радиального его перемещения при настройке преобразователя и вращающийся вместе с шестерней.

На фиг.1 представлена схема системы питания дизеля с двухфазным смесеобразованием.

Система питания дизеля с двухфазным смесеобразованием содержит механическую систему подачи моторного топлива 1 в цилиндры дизеля, состоящую из топливного бака 2, соединительных топливопроводов 3, фильтров тонкой и грубой очистки топлива 4, 5, топливоподкачивающего насоса 6, рядного топливного насоса высокого давления 7 с приводной шестерней 8, размещенной под съёмной алюминиевой крышкой 9, гидравлических форсунок 10 для впрыска топлива в цилиндры дизеля, и электронную систему распределенной подачи углеводородного активатора 11 в ветви впускного трубопровода дизеля, состоящую из бака для активатора 12, соединительных трубопроводов 13, фильтра тонкой очистки активатора 14, электрического насоса 15, источника питания постоянным током 16, электронного блока управления 17, датчика нагрузочного режима 18, датчика частоты вращения коленчатого вала 19, датчика момента впрыска активатора 20, рампы 21 с регулятором давления 22 и электромагнитных форсунок 23 для впрыска активатора в ветви 24 впускного трубопровода 25 дизеля, при этом функции датчика частоты вращения коленчатого вала 19 и датчика момента впрыска активатора 20 выполняет преобразователь электрического сигнала 26, содержащий микросхему датчика Холла 27, неподвижно закрепленную на наружной поверхности съёмной алюминиевой крышки 9 приводной шестерни 8 рядного топливного насоса высокого давления 7 и электрически соединенную с электронным блоком управления 17, а также неодимовый магнит 28, закрепленный напротив микросхемы датчика Холла 27 на боковой поверхности приводной шестерни 8 с возможностью радиального его перемещения при настройке преобразователя 26 и вращающийся вместе с шестерней 8.

Система питания дизеля с двухфазным смесеобразованием работает следующим образом.

Пуск и прогрев дизеля осуществляется с типовым (однофазным) смесеобразованием с использованием механической системы подачи моторного топлива 1.

После пуска и прогрева дизеля оператор осуществляет подключение электронного блока управления 17 к источнику питания постоянным током 16 (к бортовой сети электроснабжения автотракторного средства). При этом происходит автоматическое включение электрического насоса 15, который подает активатор в рампу 21 и далее к электромагнитным форсункам 23 для впрыска активатора в ветви 24 впускного трубопровода 25 дизеля.

Одновременно с этим, информативные сигналы от датчика нагрузочного режима 18, выполненного в виде датчика массового расхода топлива, и преобразователя электрического сигнала 26 электронной системы распределенной подачи активатора 11, начинают поступать в электронный блок управления 17, который вырабатывает командные сигналы (управляющие импульсы) низкого или высокого уровня напряжения и посылает их в цепь электромагнитных форсунок 23 для впрыска активатора.

При подаче низкого уровня напряжения с электронного блока управления 17 в цепь одной из электромагнитных форсунок 23 обмотка ее обесточится, игла (или клапан) перекроет канал форсунки 23 и подача активатора в ветвь 24 впускного трубопровода 25 прекратится. При подаче высокого уровня напряжения в цепь электромагнитной форсунки 23 игла (или клапан) откроет канал форсунки 23, и подача активатора возобновится. Впрыск моторного топлива в цилиндры дизеля механической системой 1 совместно с впрыском активатора в ветви 24 впускного трубопровода 25 электронной системой 11 обеспечивают работу дизеля в режиме двухфазного смесеобразования.

При вращении приводной шестерни 8, частота вращения которой пропорциональна частоте вращения коленчатого вала дизеля, вращается и неодимовый магнит 28, закрепленный на боковой поверхности приводной шестерни 8. В момент прохождения неодимового магнита 28 микросхемы датчика Холла 27 происходит изменение величины магнитного поля и формирование импульса напряжения, сигнализирующего о моменте впрыска активатора в один из цилиндров дизеля. При этом величина частоты импульса напряжения, генерируемого микросхемой датчика Холла 27 в составе преобразователя 26, соответствует определенной частоте вращения коленчатого вала дизеля.

За счет того, что материал алюминиевой крышки 9 обладает низкой магнитной проницаемостью и при этом практически не происходит ослабления магнитного поля неодимового магнита 28, то обеспечивается чёткая фиксация изменения величины магнитного поля непосредственно через алюминиевую крышку 9. При настройке преобразователя 26 на получение стабильного сигнала предусмотрена возможность радиального перемещения магнита 28 по боковой поверхности приводной шестерни 8. Сформированный при этом в микросхеме датчика Холла 27 импульсный сигнал поступает в электронный блок управления 17, инициируя подачу управляющего сигнала на одну из электромагнитных форсунок 23, которая, в свою очередь, впрыскивает активатор в ветвь 24 впускного трубопровода 25 того цилиндра дизеля, в котором происходит такт впуска. Таким образом, микросхема датчика Холла 27 и неодимовый магнит 28 представляют собой единый преобразователь электрического сигнала 26, одновременно выполняющий функцию датчика частоты вращения коленчатого вала дизеля и датчика момента впрыска активатора.

С изменением нагрузочно-скоростного режима дизеля изменяются и параметры информативных сигналов, поступающих с датчиков 18 и 19. При этом электронный блок 17 изменяет продолжительность вырабатываемых управляющих импульсов таким образом, что часовая подача активатора, впрыскиваемого в ветви 24 впускного трубопровода 25 электромагнитными форсунками 23, изменяется пропорционально массовому расходу моторного топлива с учетом изменения частоты вращения коленчатого вала дизеля.

Преобразователь электрического сигнала 26 технически реализуем. На фиг. 2 показаны отдельные элементы преобразователя, размещенные в приводе топливного насоса высокого давления.

Для изготовления преобразователя электрического сигнала используются комплектующие изделия отечественного производства (магнит неодимовый, микросхема датчика Холла марки А473.407529.001 производства АО «Автоэлектроника»), которые доступны в приобретении.

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложена система питания дизеля, содержащая механическую систему подачи моторного топлива (1) с топливным насосом высокого давления (ТНВД) (7) с приводной шестерней (8), размещенной под алюминиевой крышкой (9) и гидравлическими форсунками (10), а также электронную систему распределенной подачи углеводородного активатора (11), включающую электрический насос (15), электронный блок управления (17), связанный с источником питания (16), датчики нагрузочного режима, частоты вращения коленчатого вала и момента впрыска активатора (18, 19, 20), рампу (21) с регулятором давления (22) и электромагнитные форсунки (23) для впрыска активатора во впускной трубопровод (25). Функции датчика частоты вращения коленчатого вала (19) и датчика момента впрыска активатора (20) выполняет преобразователь электросигнала (26), содержащий микросхему датчика Холла (27), установленную на поверхности крышки (9), и неодимовый магнит (28), закрепленный на боковой поверхности приводной шестерни (8) ТНВД. Технический результат: возможность получения информации от датчиков частоты вращения коленчатого вала и момента впрыска активатора в виде единого электросигнала и снижение трудоемкости затрат на монтаж датчиков. 2 ил.

Система питания дизеля с двухфазным смесеобразованием, содержащая механическую систему подачи моторного топлива в цилиндры дизеля, состоящую из топливного бака, соединительных топливопроводов, фильтров тонкой и грубой очистки топлива, топливоподкачивающего насоса, рядного топливного насоса высокого давления с приводной шестерней, размещенной под съемной алюминиевой крышкой, гидравлических форсунок для впрыска топлива в цилиндры дизеля, и электронную систему распределенной подачи углеводородного активатора в ветви впускного трубопровода дизеля, состоящую из бака для активатора, соединительных трубопроводов, фильтра тонкой очистки активатора, электрического насоса, источника питания постоянным током, электронного блока управления, датчика нагрузочного режима, датчика частоты вращения коленчатого вала, датчика момента впрыска активатора, рампы с регулятором давления и электромагнитных форсунок для впрыска активатора в ветви впускного трубопровода дизеля, отличающаяся тем, что функции датчика частоты вращения коленчатого вала и датчика момента впрыска активатора выполняет преобразователь электрического сигнала, содержащий микросхему датчика Холла, неподвижно закрепленную на наружной поверхности съемной алюминиевой крышки приводной шестерни рядного топливного насоса высокого давления и электрически соединенную с электронным блоком управления, а также неодимовый магнит, закрепленный напротив микросхемы датчика Холла на боковой поверхности приводной шестерни с возможностью радиального его перемещения при настройке преобразователя и вращающийся вместе с шестерней.