Устройство для подачи дополнительного топлива в двухтопливный дизельный двигатель Советский патент 1992 года по МПК F02B11/00 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, а именно к устройства раздельного питания двухтопливных дизелей, и может быть использовано при создании новых дизелей, в которых предусмотрено двухфазное питание, а также на оснащенных дизельными двигателями тракторах, автомобилях и других, находящихся в эксплуатации машинах.

Известны устройства для совместного ре улирования двух топлив, позволяющие регулировать количество дополнительного топлива путем изменения производительности электромагнитных форсунки или клапана в зависимости соответственно от массового расхода воздуха и разрежения на

впуске, от детанационных свойств топлива и стехиометрического состава горючей смеси.

Однако параметры, нормирующие расход дополнительного топлива, не являются характерными для дизельных двигателей и в процессе их работы либо меняются несущественно, либо остаются постоянными. В связи с этим упомянутые устройства не могут быть использованы непосредственно на дизельных двигателях.

Наиболее близким техническим решением является устройство для подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания, содержащее поплавковую камеру, управляемый дозирующий клапан, размещенный во

5

Х|

ho W

1

L

впускном коллекторе распылитель, сообщенный с поплавковой камерой через управляемый дозирующий клапан, и блок управления подачей топлива, связанный своим входом с органом регулирования подачи основного топлива, а выходом - с управляемым дозирующим клапаном.

Недостаток устройства заключается в ненадежности работы входящих в блок управления герконов, на срабатывание которых оказывает влияние вибрации двигателя, а также в невозможности автоматической корректировки расхода дополнительного топлива в зависимости от нагрузки дизеля, что приводит к перерасходу или основного, или дополнительного топлива.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение надежности устройства.

Как показывают исследования, добавку дополнительного топлива на впуске следует осуществлять, начиная со средних нагрузок (среднее эффективное давление в цилиндре Ре 0,40-0,45 МПа, цикловая подача дизельного топлива 28-30 мг/г.цикл) и выше, вплоть до Ре 0,7 Мпа. Эффективность влияния добавки на индикаторные и токсические показатели дизеля растет по мере цикловой подачи дополнительного топлива, оптимальная величина которого 11-12 мг/л.цикл и ограничена детонационной стойкостью конкретного топлива. Если октановое число топлива позволяет, цикловую подачу дополнительного топлива целесообразно повысить вплоть до 16 мг/л.цикл. Учитывая, что альтернативные виды топлива (бензин, бензол, метанол, этанол) в настоящее время хотя и в разной степени, но дороже дизельного топлива, появляется необходимость усовершенствования осуществляющих устройств в направлении более экономического использования обоих топлив при высокой надежности подачи и строгой дозации дополнительного топлива во всем диапазоне нагрузок от Ре 0,4 МПа до Ре 0,7 МПа. Применение таких устройств обеспечивает более эффективное снижение токсичности ОГ, более экономичный расход обоих топлив, повышение мощности дизелей и их ресурса.

Экономический эффект складывается из всех перечисленных составляющих, однако целесообразность использования двухфазной подачи топлива для питания дизеля обусловлена, главным образом, снижением выброса с ОГ сажи и бенз(а)пирена. Затем идут мощность дизеля и его ресурс. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для подачм топлива в двухтопливный дизель, содержащее поплавковую камеру, управляемый дозирующий клапан, размещенный во впускном коллекторе рас- пыливатель, сообщенный о поплавковой камерой через управляемый дозирующий клапан, и блок управления подачей топлива, связанный своим входом с органом управления подачей основного топлива, а выходом - с управляемым дозирующим

0 клапаном, дополнительно введены блок нормирования подачи (БПН)с двумя информационными и управляющим выходами, триггер с предустановкой, ключевой элемент с двумя входами и выходом, усилитель5 преобразователь, информационные выходы БНП связаны с входами триггера, выход последнего связан с одним из входов ключевого элемента, другой вход которого.соединен с управляющим выходом БНП, а выход клю0 чевого элемента через усилитель-преобразователь связан с управляемым дозирующим клапаном.

На фиг. 1 приведена схема устройства; на фиг. 2 - фиг. 5 - четыре варианта испол5 нения блока нормирования подачи дополнительного топлива; на фиг. 6 - расположение фотодатчиков и дифференци- ально-трансформаторгного преобразователя (ДТП) относительно рейки топливного насо0 са; на фиг. 7 - график расхода топлива.

Устройство для подачи топлива в двухтопливный дизельный двигатель содержит распылитель 1, размещенный во впускном коллекторе 2 и связанный через жиклер 3 с

5 поплавковой камерой 4, управляемый дозирующий клапан 5, блок нормирования подачи (БНП) 6 дополнительного топлива, информационные выходы которого подключены к входам триггера с предустановкой 7,

0 выход которого соединен с первым входом ключевого элемента 8, управляющий выход БПН б подключен к второму входу ключевого элемента 8, выход которого через усилитель-преобразователь 9 связан с

5 управляемым дозирующим клапаном 5.

Триггер 7, работающий по принципу RS- триггера и выполненный, например, на логических элементах, имеет узел, обеспечивающий при подаче напряжения

0 питания его предустановку с логическим нулем на выход.

По данному варианту 1 БПН 6 содержит два фотодатчика 10 и 11, каждый из которых имеет фотоизлучатель и фотоприемник; раз5 деленные по оптическому каналу подвижной шторкой 12, перемещающейся, например, вместе с рейкой 13 топливного насоса, дифференциально-трансформаторный преобразователь (ДТП) 14, состоящий, например, из неподвижного каркаса с обмотками и подвижного сердечника, выполняющего роль чувствительного элемента и механически контактируемого с профильной линейкой 15, которая связана с рейкой 13топливного насоса, выпрямитель 16, вход которого подсоединен к выходным обмоткам ДТП 14, а выход является управляющим выходом БНП 6. Выходы фотодатчиков 10 и 11 являются соответственно первым и вторым информационными выходами БНП 6. ДТП 14 преобразует перемещение сердечника в величину переменного выходного напряжения.

Устройство работает следующим образом.

На холостом ходу и малых нагрузках двигателя (Ре 0,45 МПа), когда положение щелей шторки 12 соответствует изображению на фиг. 6,а, на выходе триггера 7 за счет его предустановки присутствует уровень логического нуля, который, поступая на первый вход ключевого элемента 8, обеспечивает его закрытое состояние. Это исключает передачу сигнала от ДТП 14 через выпрямитель 16 и ключевой элемент 8 на вход усилителя-преобразователя 9, что удерживает клапан 5 в закрытом состоянии. По мере увеличения нагрузки дизеля рейка 13 движется вправо (фиг. 6) и первоначально совместит первую щель шторки 12 с оптическим каналом фотодатчика 10 (фиг. 6,6), сигнал с выхода которого поступит на первых вход триггера 7, но не изменит его состояния, что обусловлено особенностью работы RS-триггера. При дальнейшем перемещении рейки 13 вправо в момент, когда среднее эффективное давление в цилиндре достигнет значения Ре 0,45 МПа (цикловая подача дизельного топлива при этом режиме 28-30 мг/л.цикл), вторая щель шторки 12 совместится с оптической осью фотодатчика 11 (фиг. 6,в), что обеспечивается предварительной регулировкой относительного положения щелей и фотодатчиков, на выходе фотодатчика 11 появится сигнал, который по второму входу переворачивает триггер 7 (на его выходе формируется уровень логической единицы), Выходной сигнал триггера 7 отпирает ключевой элемент 8 для прохождения управляющего сигнала от ДТП 14 через выпрямитель 16, ключевой элемент 8 и усилитель-преобразователь 9 на вход дозирующего клапана 5, открывая последний. Способ управления иглойi клапана может быть частотно-широтноимпульс- ным или непрерывным, что обеспечивается усилителем-преобразователем 9. Дозирование дополнительного топлива пропорционально выходному напряжению ДТП 14. В момент срабатывания клапана суммарный

цикловой расход топлива и регулятор дизеля возвратит рейку 13 влево на величину ДВ, обеспечивающую стабилизацию режима работы дизеля. Положение чувствительного 5 элемента ДТП 14 относительно его обмоток задается профильной линейкой 15.

Величина Л В устанавливается в процессе предварительной регулировки с некоторым запасом A Bi между первой щелью и 10 осью оптического канала фотодатчика 10. Таким образом, если включение дополнительной подачи происходит, например, при РеЈ 0,45 Мпа. то отключение ее - при Ре Ј 40 МПа или несколько меньше, т.е. когда первая щель 5 совпадает с оптическим каналом фотодатчика 10. Такая регулировка исключает неустойчивую подачу дополнительного топлива на режимах работы, близких к Ре 0,45 МПа,

0 а также продлевает его добавку при переходе

с более высоких нагрузок на низкие, когда

.прогревшийся двигатель работает чисто

при сравнительно низких цикловых подачах

дизельного топлива. На диаграмме дц - Ре

5 (фиг. 7), где д - суммарный, расход обоих топлив, а дд - расход дополнительного топлива, момент включения добавки соответствует точке Рв, а момент ее отключения - точке Ро. Характер дальнейшего изменения

0 цикловой подачи дополнительного топлива дд, мг/л.цикл при увеличении нагрузки определяется положением чувствительного элемента ДТП 14, т.е. характером кривизны направляющей профильной линейки 15, по5 скольку состояние триггера 7 остается неиз- менным ввиду отсутствия сигналов с выходом фотодатчиков 10 и 11 при дальнейшем перемещении рейки 13 вправо (фиг. 6,г). Желаемый закон изменения дд f(Pe)

0 может быть получен и путем сочетания характеристик-профильной линейки 15 и усилителя-преобразователя 9, исходя из вида дополнительного топлива (бензин, бензол, метанол и др.).

5 При пуске дизеля рейка 13 находится в крайнем правом положении, расход дополнительного топлива максимальный, что облегчает процесс пуска. После пуска (холостой ход) рейка 13, возвращаясь влево,

0 отключит подачу дополнительного топлива, а по мере увеличения нагрузки описанный процесс повторится.

Сконструированное по варианту 1 устройство может работать и без ДТП 14, если

5 вместо выпрямителя 16 к второму входу ключевого элемента 8 подсоединить источник опорного напряжения. Тогда расход дополнительного топлива будет постоянным и определяется величиной опорного напряжения.

По варианту 2 (фиг. 3 и фиг. 6) БНП 6 содержит два фотодатчика 10 и 11, шторку 12 (фиг. 6), поршень 17, движущийся под влиянием изменяющегося давления ОГ и посредством штока связанный с чувствительным элементом ДТП 14, выход которого подключен к входу выпрямителя 16. Выходы фотодатчиков 10 и 11 являются соответственно первым и вторым информационными выходами БНП 6, а выход выпрямителя 16 является управляющий выходом БНП 6.

Работа предлагаемого по второму варианту устройства отличается от работы устройства по первому варианту лишь в том, что положение чувствительного элемента ДТП 14 относительно его обмоток определяется величиной давления ОГ на данном режиме, при этом характер изменения цикловой подачи дополнительного топлива зависит от закона, которому подчиняется перемещение поршня 17 под влиянием давления О Г. Желаемый закон может быть задан, например, с помощью возвратной пружины и характеристики усилителя-преобразователя 9.

По варианту 9 (фиг. 4) БНП б содержит ДТП 14, чувствительный элемент которого механически контактирует с профильной линейкой 15, которая связана с рейкой 13 топливного насоса, выпрямитель 16, вход которого подсоединен к выходным обмоткам ДТП 14, а выход является управляющим выходом БНП 6, первый и второй задатчики уровня 18 и 19, выходы которых соединены соответственное первыми входами первого и второго пороговых элементов 20 и 21, вторые входы которых подключены к выходу выпрямителя 16, выход первого порогового элемента 20 соединен с входом схемы НЕ 22, выход которой является первым информационным выходом БНП б, выход второго порогового элемента 21 является вторым информационным выходом БНП б.

Устройство работает следующим образом.

На холостом ходу и малых нагрузках двигателя рейка 13 топливного насоса, а значит и профильная линейка 15, занимают положение, при котором с выхода выпрямителя 16 снимается напряжение UL по величине меньше, чем уровни срабатывания пороговых элементов 20 и 21, т.е. U1 U Us, и на выходах элементов 20 и 21 будут присутствовать уровни логических нулей (IJ4 и Us). В свою очередь, на выходе схемы 22 НЕ будет уровень логической единицы Ue. которая подается на первый вход триггера 7 (фиг. 1), но не меняет его исходного состояния Выходным сигналом триггера 7, поступающим на первый вход ключевого

элемента 8, последний будет заперт для прохождения сигнала от ДТП 14 на дозирующий клапан 5. По этой причине его клапан будет закрыт.

По мере увеличения нагрузки дизеля

выходной сигнал ДТП 14 будет возрастать по закону, определяемому кривизной направляющей профильной линейки 15. В данном случае рейка 13 движется вправо (фиг.

0 4), что приведет к увеличению напряжения Ut на выходе выпрямителя 16. В диапазоне нагрузок двигателя Ре 40 МПа напряжение достигнет уровня срабатывания U2 порогового элемента 20. на выходе которого

5 появится логическая единица, а на выходе схемы НЕ 22 - логический нуль. Однако это Me изменит состояние триггера 7, что обусловлено логикой его работы, состояние остальных элементов устройства также не

0 изменится, т.е. клапан 5 будет закрыт.

При дальнейшем увеличении нагрузки, например до Ре 0,45 МПа, напряжение Ui вследствие перемещения рейки 13 вправо и связанного с этим перемещением движения

5 чувствительного элемента ДТП 14 достигнет уровня срабатывания Us порогового элемента 21 и на его выходе появится логическая единица, которая перевернет триггер 7, т.е. на его выходе установится логическая

0 единица (U), которая отпирает ключевой элемент 8 для прохождения сигнала от ДТП 14 к дозирующему клапану 5. Способ управления дозирующим клапаном аналогичен описанному в варианте 1. В момент откры5 тия жиклера 3 суммарное количество топлива возрастает на величину цикловой подачи дополнительного топлива и регулятор дизеля возвратит рейку 13 влево. Напряженней станет меньше уровня срабатывания Us по0 рогового элемента 21, однако появление на его выходе логического нуля не изменит состояние триггера 7. В установившемся режиме положение рейки 13 топливного насоса и состояние ДТП 14 соответствует

5 точке Рв на диаграмме фиг. 7.

При уменьшении нагрузки дизеля уменьшается Ui и, когда оно достигнет уровня срабатывания 1)2 порогового элемента 20, на выходе последнего появится логиче0 ский нуль, а на выходе схемы НЕ 22 - логическая единица, которая установит триггер 7 в исходное нулевое состояние. В результате ключевой элемент 8 запрется и подача дополнительного топлива прекратится. Это

5 произойдет при нагрузке Pe.g 0,40 МПа и соответствует точке Р0 на диаграмме фиг. 7. Прекращение подачи дополнительного топлива вызовет перемещение рейки в сторону увеличения подачи основного топлива (т.е. вправо). При этом срабатывание порогового

элемента 20 не приведет к изменению состояния устройства, так как для этого необходимо, чтобы сработал второй пороговый элемент 21, что может произойти при нэ- грузке, например Ре 0,45 МПа.

Увеличение нагрузки дизеля (свыше Ре- 0,45 МПа) при включенной подаче дополнительного топлива, сопровождающееся срабатыванием порогового элемента 21, не вызывает изменения состояния триггера 7, на выходе которого сохраняется уровень логической единицы, и цикловая подача дополнительного топлива будет расти пропорционально увеличению выходного сигнала ДТП 14,

Момент включения подачи дополнительного топлива и момент его отключения (точки Рв и Ро на фиг, 7) устанавливаются путем изменения уровней срабатывания пороговых элементов 21 и 20 с помощью за- датчиков уровней 19 и 18, а цикловая подача дополнительного топлива - перемещением ДТП 14, например, с помощью микровинта.

По варианту 4 (фиг. 5) БНП 6 содержит поршень 17, движущийся под влиянием изменяющегося давления ОГ и посредством штока связанный с чувствительным элементом ДТП 14, выход ДТП 14 подключен к входу выпрямителя 16, выход которого является управляющим выходом БНП 6, первый и второй задатчики уровней 18 и 19, выходы которых соединены соответственно с первыми входами первого и второго пороговых элементов 20 и 21, вторые входы которых подключены к выходу выпрямителя 16, выход схемы НЕ 22 является первым информационным выходом БНП 6, выход второго порогового элемента 21 является вторым информационным выходом БНП 6.

Работа предлагаемого по четвертому варианту устройства отличается от работы устройства по третьему варианту лишь в том, что положение чувствительного эле- 5 мента ДТП 14 определяется величиной давления ОГ, возрастающего с ростом нагрузки (цикловой подачи топлива), что позволяет скорректировать добавку топлива с учетом изменения и крутящего момента, и скоро0 стного режима дизеля.

Формула изобретения Устройство для подачи дополнительного топлива в двухтопливный дизельный двигатель, содержащее поплавковую камеру,

5 управляемый дозирующий клапан, размещенный во впускном коллекторе распылитель, сообщенный с поплавковой камерой через управляемый дозирующий клапан, и блок управления подачей топлива, связан0 ный своим входом с органом регулирования подачи основного топлива, а выходом - с управляемым дозирующим клапаном, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и расширения функциональных

5 возможностей, устройство снабжено блоком нормирования поДачи с двумя информационными и управляющим выходами, а блок управления выполнен в виде триггера с предустановкой, усилителя-преобразовате0 ля и ключевого элемента с двумя входами и выходом, причем информационные выходы блока нормирования подачи связаны с входами триггера, выход последнего связан с одним из входом ключевого элемента, дру5 гой вход которого соединен с управляющим выходом блока нормирования подачи, а выход ключевого элемента через усилитель- преобразователь связан с управляемым дозирующим клапаном.

0

Использование: изобретения относится к двигателестроению, а именно к средствам для подачи дополнительного топлива в двигатель. Сущность изобретения: изобретение позволяет за счет регулируемой подачи на впуске дизеля дополнительного топлива (ДТ), например метанола, снизить выброс сажи и бенз(а)пирена с отработавшими газами, улучшить показатели дизеля, уменьшить процесс закоксовывания поршня, поршневых колец, распылителей форсунок. Подача производится на оптимальных режимах работы дизеля по сигналам с фотодатчиков, регистрирующих перемещение органа регулировки подачи основного топлива, или с помощью пороговых элементов, входящих в блок нормирования подачи, а расход ДТ в зависимости от нагрузки с помощью специального датчика, управляющего дозирующим клапаном Связь чувствительного элемента (ЧЭ) задатчика расхода ДТ с величиной нагрузки Ре предусмотрена в двух вариантах; по перемещению органа регулировки подачи основного топлива, кинематически связанного с ЧЭ, или по изменению давления отработавших газов дизеля, приводящего к перемещению ЧЭ. 7 ил

w

11

j2l r--4r-/5

рти 1идВциыаанддД1зеа чюмяшиды Чмиж

tJ

иддгй ВЦ . Ч.мла. Дпам м;

.

фие.З:

фи.5.

12

ЙШЯИИЯЧ

п/н-

Ю/5 Ц-J

Фиг. 6.