Система питания дизеля с двухфазным смесеобразованием Российский патент 2025 года по МПК F02D19/08 F02D41/00 F02M37/00 

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 повышенная трудоемкость монтажа и синхронной настройки датчика частоты вращения коленчатого вала и датчика момента впрыска активатора.

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 повышенная трудоемкость монтажа и синхронной настройки датчика частоты вращения коленчатого вала и датчика момента впрыска активатора.

Известна 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 повышенная трудоемкость монтажа и синхронной настройки датчика частоты вращения коленчатого вала и датчика момента впрыска активатора.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является система питания дизеля с двухфазным смесеобразованием [Патент 2826562 РФ МПК F02D 19/08; F02D 19/12; F02D 41/00; F02M 43/00. Система питания дизеля с двухфазным смесеобразованием / А.П. Уханов, М.В. Рыблов; Заявл. 04.04.2024; № 2024109049; Опубл. 12.09.2024, Бюл. № 26], 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 со свободно размещенной на его кулачковом валу приводной шестерней и шлицевой шайбой с двумя осевыми отверстиями на своих боковых поверхностях, установленной на шлицах кулачкового вала для болтового соединения с приводной шестерней, размещенных 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, преобразователя электрического сигнала, содержащего неодимовый магнит и микросхему датчика Холла, неподвижно закрепленную на наружной поверхности съёмной алюминиевой крышки приводной шестерни рядного топливного насоса высокого давления, рампы с регулятором давления и электромагнитных форсунок для впрыска активатора в ветви впускного трубопровода дизеля.

Недостатком системы являются затрудненность монтажа элементов преобразователя электрического сигнала и его настройки на получение четкого и стабильного электросигнала.

Предлагаемое изобретение направлено на устранение указанных недостатков и от его использования получен следующий технический результат: удобство монтажа элементов преобразователя электрического сигнала и его настройки на получение четкого и стабильного электросигнала.

Указанный технический результат достигается тем, что корпус микросхемы датчика Холла неподвижно закреплен на наружной поверхности съёмной алюминиевой крышки с помощью клея, а неодимовый магнит прямоугольной формы длиной не более половины радиуса шлицевой шайбы и шириной, сопоставимой с шириной корпуса микросхемы, закреплен напротив микросхемы на боковой поверхности шлицевой шайбы с зазором от неё не более 2 мм при помощи крепёжного приспособления в виде П-образной планки из немагнитного материала с двумя отверстиями и двух винтов, вворачиваемых в осевые резьбовые отверстия шлицевой шайбы на обеих боковых поверхностях, с возможностью радиального перемещения магнита на величину не менее половины его длины при освобождении винтов крепёжного приспособления для настройки преобразователя на получение чёткого и стабильного сигнала.

На фиг. 1 представлена схема системы питания дизеля с двухфазным смесеобразованием, на фиг. 2 - элементы преобразователя электрического сигнала.

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 со свободно размещенной на его кулачковом валу 8 приводной шестерней 9 с осевыми резьбовыми отверстиями 10 и шлицевой шайбой 11 со сквозными осевыми отверстиями 12 на своих боковых поверхностях, установленной на шлицах 13 кулачкового вала 8 для болтового соединения с приводной шестерней 9, размещенных под съёмной алюминиевой крышкой 14, гидравлических форсунок 15 для впрыска топлива в цилиндры дизеля, и электронную систему распределенной подачи углеводородного активатора 16 в ветви 17 впускного трубопровода 18 дизеля, состоящую из бака для активатора 19, соединительных трубопроводов 20, фильтра тонкой очистки активатора 21, электрического насоса 22, источника питания постоянным током 23, электронного блока управления 24, датчика нагрузочного режима 25, преобразователя электрического сигнала 26, содержащего неодимовый магнит 27 и микросхему датчика Холла 28, корпус 29 которой неподвижно закреплен на наружной поверхности съёмной алюминиевой крышки 14 приводной шестерни 9 рядного топливного насоса высокого давления 7, рампы 30 с регулятором давления 31 и электромагнитных форсунок 32 для впрыска активатора в ветви 17 впускного трубопровода 18 дизеля, причем корпус 29 микросхемы датчика Холла 28 неподвижно закреплен на наружной поверхности съёмной алюминиевой крышки 14 с помощью клея, а неодимовый магнит 27 прямоугольной формы длиной (L) не более половины радиуса (R) шлицевой шайбы 11 и шириной (B), сопоставимой с шириной корпуса 29 микросхемы 28, закреплен напротив микросхемы 28 на боковой поверхности шлицевой шайбы 11 с зазором (S) от неё не более 2 мм при помощи крепёжного приспособления в виде П-образной планки 33 из немагнитного материала с двумя отверстиями 34 и двух винтов 35, вворачиваемых в осевые резьбовые отверстия 12 шлицевой шайбы 11, с возможностью радиального перемещения магнита 27 на величину не менее половины его длины при освобождении винтов 35 крепёжного приспособления для настройки преобразователя 26 на получение чёткого и стабильного сигнала.

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 24 к источнику питания постоянным током 23 (к бортовой сети электроснабжения автотракторного средства). При этом происходит автоматическое включение электрического насоса 22, который подает активатор в рампу 30 и далее к электромагнитным форсункам 32 для впрыска активатора в ветви 17 впускного трубопровода 18 дизеля.

Одновременно с этим, информативные сигналы от датчика нагрузочного режима 25, выполненного в виде датчика массового расхода топлива, и преобразователя электрического сигнала 26 электронной системы распределенной подачи активатора 16, начинают поступать в электронный блок управления 24, который вырабатывает командные сигналы (управляющие импульсы) низкого или высокого уровня напряжения и посылает их в цепи электромагнитных форсунок 32 для впрыска активатора.

При подаче низкого уровня напряжения с электронного блока управления 24 в цепь одной из электромагнитных форсунок 32 обмотка ее обесточится, игла (или клапан) перекроет канал форсунки 32 и подача активатора в ветвь 17 впускного трубопровода 18 прекратится. При подаче высокого уровня напряжения в цепь электромагнитной форсунки 32 игла (или клапан) откроет канал форсунки 32, и подача активатора возобновится. Впрыск моторного топлива в цилиндры дизеля механической системой 1 совместно с впрыском активатора в ветви 17 впускного трубопровода 18 электронной системой 16 обеспечивают работу дизеля в режиме двухфазного смесеобразования.

При вращении кулачкового вала 8 топливного насоса высокого давления 7, частота вращения которого пропорциональна частоте вращения коленчатого вала дизеля, вращается и приводная шестерня 9, шлицевая шайба 11 и П-образная планка 33 с неодимовым магнитом 27. В момент прохождения магнитом 27 корпуса 29 микросхемы датчика Холла 28 происходит изменение величины магнитного поля и формирование импульса напряжения, сигнализирующего о моменте впрыска активатора в один из цилиндров дизеля. При этом величина частоты импульсов напряжения, генерируемого микросхемой 28 в составе преобразователя электрического сигнала 26, соответствует определенной частоте вращения коленчатого вала дизеля.

За счет того, что материалы съёмной алюминиевой крышки 14 и П-образной планки 33 обладают низкой магнитной проницаемостью, то практически не происходит ослабления магнитного поля неодимового магнита 27 и фиксация микросхемой 28 изменения величины магнитного поля осуществляется непосредственно через планку 33 и крышку 14. Сформированный при этом в микросхеме 28 импульсный сигнал поступает в электронный блок управления 24, инициируя подачу управляющего сигнала на одну из электромагнитных форсунок 32, которая, в свою очередь, впрыскивает активатор в ветвь 17 впускного трубопровода 18 того цилиндра дизеля, в котором происходит такт впуска. Таким образом, микросхема датчика Холла 28 и неодимовый магнит 27 в составе преобразователя электрического сигнала 26, одновременно выполняют функцию датчика частоты вращения коленчатого вала дизеля и функцию датчика момента впрыска активатора.

С изменением нагрузочно-скоростного режима дизеля изменяются и параметры информативных сигналов, поступающих с датчика нагрузочного режима 25 и преобразователя электрического сигнала 26. При этом электронный блок управления 24 вычисляет продолжительность вырабатываемых управляющих импульсов таким образом, что часовая подача активатора, впрыскиваемого в ветви 17 впускного трубопровода 18 электромагнитными форсунками 32, изменяется пропорционально массовому расходу моторного топлива с учетом изменения частоты вращения коленчатого вала дизеля.

Для настройки преобразователя 26 на получение четкого и стабильного электрического сигнала необходимо снять алюминиевую крышку 14 и ослабить крепежное приспособление в виде П-образной планки 33 путем отвертывания винтов 35, после чего радиально переместить неодимовый магнит 27 на требуемую величину и вновь зафиксировать его внутри П-образной планки 33 путем завертывания винтов 35.

Величина зазора не более 2 мм между П-образной планкой 33 и боковой поверхностью шлицевой шайбы 11 установлена с учетом невозможности накопления в этом зазоре механических примесей, содержащихся в моторном масле дизеля, которое выполняет смазывающие функции приводной шестерни 9 топливного насоса высокого давления 7.

Для изготовления преобразователя электрического сигнала 26 используются комплектующие изделия отечественного производства (неодимовый магнит, микросхема датчика Холла марки А473.407529.001 производства АО «Автоэлектроника», П-образная планка, винты), которые доступны в приобретении и просты в изготовлении.

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 (9) и шлицевой шайбой (11), размещенными под алюминиевой крышкой (14), и гидравлическими форсунками (10), а также электронную систему распределенной подачи углеводородного активатора (16), включающую электрический насос (22), электронный блок управления (24), датчик нагрузочного режима (25), преобразователь электрического сигнала (26), содержащий неодимовый магнит (27) и микросхему датчика Холла (28), корпус (29) которой неподвижно закреплен на поверхности крышки (14). Неодимовый магнит (27) закреплен напротив микросхемы (28) на поверхности шлицевой шайбы (11) при помощи крепёжного приспособления в виде П-образной планки (33) из немагнитного материала и двух винтов (35), что обеспечивает возможность радиального перемещения магнита (27). Технический результат: удобство монтажа элементов преобразователя электрического сигнала и его настройки на получение четкого и стабильного электросигнала. 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 со свободно размещенной на его кулачковом валу приводной шестерней с осевыми резьбовыми отверстиями и шлицевой шайбой со сквозными осевыми отверстиями на своих боковых поверхностях, установленной на шлицах кулачкового вала для болтового соединения с приводной шестерней, размещенных 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, преобразователя электрического сигнала, содержащего неодимовый магнит и микросхему датчика Холла, корпус которой неподвижно закреплен на наружной поверхности съёмной алюминиевой крышки приводной шестерни рядного топливного насоса высокого давления, рампы с регулятором давления и электромагнитных форсунок для впрыска активатора в ветви впускного трубопровода дизеля, отличающаяся тем, что корпус микросхемы датчика Холла неподвижно закреплен на наружной поверхности съёмной алюминиевой крышки с помощью клея, а неодимовый магнит прямоугольной формы длиной не более половины радиуса шлицевой шайбы и шириной, сопоставимой с шириной корпуса микросхемы, закреплен напротив микросхемы на боковой поверхности шлицевой шайбы с зазором от неё не более 2 мм при помощи крепёжного приспособления в виде П-образной планки из немагнитного материала с двумя отверстиями и двух винтов, вворачиваемых в осевые резьбовые отверстия шлицевой шайбы, с возможностью радиального перемещения магнита на величину не менее половины его длины при освобождении болтов крепёжного приспособления для настройки преобразователя на получение чёткого и стабильного сигнала.