Способ регулирования мощности двигателя внутреннего сгорания, работающего на жидком и газообразном топливах Советский патент 1992 года по МПК F02D19/08 F02M43/00 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания (ДВС), в частности к регулированию ДВС с воспламенением от сжатия, работающих на двух видах топлива -жидком и газообразном, и предназначено для использования на транспортных средствах.

Известен способ регулирования мощности двигателя внутреннего сгорания, работающего на жидком и газообразном топливах.

Однако этот способ касается регулирования мощности двигателя при работе его попеременно на газообразном или жидком топливе.

Известен способ регулирования мощности двигателя внутреннего сгорания, работающего на жидком и газообразном топливах, заключающийся в том, что при работе по газодизельному циклу регулирование мощности двигателя в зонах больших и малых нагрузок осуществляется путем воздействия на регулирующий орган дозатора газа, прикрывая его по мере снижения нагрузки, при постоянной запальной зоне жидкого топлива в зонах больших и малых нагрузок.

Поскольку в соответствии с известным способом регулирование мощности двигателя при работе его по газодизельному циклу во всем диапазоне нагрузок осуществляют путем воздействия только на регулирующий орган дозатора газа, этот способ не позволяет оптимизировать соста-ч

00

-N XJ

СА) VJ

вы топливовоздушной смеси для широкого диапазона режимов работы автомобильного двигателя, следствием чего является ухудшение топливной экономичности и повышение токсичности отработавших газов.

Целью изобретения является снижение расхода топливй и токсичности отработавших газов.

Цель достигается тем, что согласно способу регулирования мощности двигателя внутреннего спор анйя, работающего на жидком и газообразномГтопливах, заключающемуся в том, что при работе по газодизельному циклу регулирование мощности двигателя в зонах больших и малых naipy- зок осуществляется путем воздействия на регулирующий орган дозатора газа, прикрывая его по мере снижения нагрузки, при постоянной запальной дозе жидкого тбпли- ва в зонах больших и малых нагрузок, в зоне больших нагрузок воздействие на регулирующий орган дозатора газа осуществляется постоянном положении ScfcVioHKvTraso- вого смесителя и по мере снижения нагрузки прикрывают заслонку газового смесителя в зоне средних нагрузок, а в зоне малых нагрузок однбвременно приеткрыва- ют заслонку газового Смесителя и увеличивают запальную дозу жидкого топлива

На фиг 1, а-в приведены диаграммы изменения положения соответственно газовой заслонки дозатора 5Д , дроссельной заслонки газового смесителя 5Гс i и умора- ограничителя хода рейки (запальной дозы жидкого топлива - ЗД) при изменении нагрузочного режима работы двигателя согласно описываемому способу регулирования; на фиг.2 - общая схема системы питания, с помощью которой реализуется заявляемый способ, на фиг.З - принципиальная блок-схема блока управления заявляемой системы и.его связи с элементами этой системы. На фиг.1 ,а точка 0 по оси ординат соответствует полному закрытию газовой заслонки дозатора, а на фиг. 1,6 - полному открытию дроссельной заслонки газового смесителя.

Система питания, с помощью которой реализуют заявляемый способ регулирования мощности двигателя внутреннего сгорания, содержит включенный в магистраль подачи дизельного топлива топливный насос 1 высокого давления с рейкой 2, имеющей механический привод от педали акселератора 3 и снабженной ограничителем хода, состоящим из связанного с рейкой поворотного рычага 4 и подвижного упора- ограничителя, который выполнен в виде поворотного рычага 5, имеющего привод о г электродвигателя постоянного тока 6. Привод рейки от педали 3 включает в себя телескопическую тягу 7, содержащую внутренний и связанный с коромыслом 8 привода наружный олемент и пружину. Магистраль подачи газового топлива из резервуара (не показан) содержит редукторы высокого (не показаны) и низкого 9 давления, электромагнитный клапан 10 подачи

газа, дозатор 11 с газовой заслонкой 12, имеющей привод от электродвигателя постоянного тока 13, и газовый смеситель 14 с газовоздушным каналом 15, расположенным во впускном тракте 16 двигателя 17 В

газовоздушном канале установлена дроссельная заслонка 18с приводом от электродвигателя постоянного тока 19 Газовый редуктор 9 имеет диафрагму (не показана), отделяющую в нем газовую полость от задиафрагменной. Система питания снабжена пневмомеханическим клапаном, устройством которого предусмотрены, в частности, корректирующие каналы (показаны штриховыми линиями), связывающие камеру внутри корпуса клапана с задиафрагмепной полостью редуктора и воздушным каналом, расположенным между воздушным фильтром и газовым смесителем Система питания снабжена также датчиком 20 положения

рейки, имеющим привод от поворотного рычага 4, датчиком 21 положения газовой заслонки (потенциометрического типа), датчиком положения дроссельной заслонки 18 смесителя 14, выполненным в виде электрического датчика разрежения 22 за дроссельной заслонкой 18 по ходу движения газовоздушной смеси, датчиком 23 положения педали акселератора (потенциометрического типа) и блоком управления 24,

имеющим переключатели входного сигнала (положение педали 3), выполненные в виде электромагнитных реле 25 и 26 с обмотками, подключенными плюсовыми выводами 27 и 28 к источнику электрического тока 29 через

переключатель 30 вида топлива, двумя парами 31, 32 и 33, 34 (для первого реле 25) и двумя парами 35, 36 и 37, 38 (для второго реле 26) нормально открытых и нормально замкнутых контактов. Блок управления 24

снабжен формирователем 39 закона движения газовой заслонки 12 дозатора, формирователем 40 закона движения дроссельной заслонки 18 смесителя, формирователем 41 закона подачи запальной дозы жидкого топ/шва, тремя сумматорами 42, 43 и 44, тремя ПИД-регуляторами 45, 46 и 47, тремя парами компараторов 48 и 49, 50 и 51, 52 и 53, тремя усилителями мощности 54, 55 и 56 двумя делителями напряжения (в виде двух

сопротивлений) 57 и 58 и генератором 59 эталонных импульсов.

Датчик 23 положения педали акселератора подключен к входам формирователей 40 и 41 (фиг.З). К первому входу первого сумматора 42 через нормально открытые контакты 35 первого реле 25 подключен выходом формирователь 39. Через нормально замкнутые контакты 32 первый вход сумматора заземлен. К второму входу сумматора 42 подключен датчик 21 положения газовой заслонки, а выход этого сумматора подключен к входу первого ПИД-регулятора 45. К первому входу второго сумматора 43 через нормально открытые контакты 33 реле 25 подключен выходом формирователь 40, а через нормально замкнутые контакты 34 подключен выход первого делителя напряжения 57. К второму входу сумматора 43 подключен датчик 22, а выход этого сумматора подключен к входу второго ПИД-регулятора 46, К первому входу сумматора 44 через нормально открытые контакты 32 реле 26 подключен выходом формирователь 41. К второму входу сумматора 44 через нормально открытые контакты 37 реле 26 подключен датчик 20 положения рейки, а через нормально замкнутые контакты 38 подключен выход второго делителя напряжения 58, Выход сумматора 44 подключен к входу третьего ПИД-регулятора 47. Через нормально замкнутые контакты 36 реле 26 первый вход сумматора 44 заземлен. Выход ПИД-регулятора 45 подключен к инвертируемому входу компаратора 48 и неинвертиру- емому входу компаратора 49. Выход ПИД-регулятора 46 подключен к инвертируемому входу компаратора 50 и неинвертиру- емому входу компаратора 51. Выход ПИД-регулятора 47 подключен к инвертируемому входу компаратора 52 и неинвертируемому входу компаратора 53. К неинвертируемым входам компараторов 48, 50 и 52 подключен неинвергируемый выход генератора 59, а к инвертируемым входам компараторов 49, 51 и 53 подключен инвертируемый выход генератора 59. Выходы компараторов 48 и 49 подключены к блокам усилителя мощности 54 через входное сопротивление. Аналогично выходы компараторов 50 и 51 подключены к усилителю мощности 55, а выходы компараторов 52 и 53 - к усилителю мощности 56. Выходы усилителей мощности 54 и 55 подключены к электродвигателям 13 и 19 привода соответственно газовой заслонки дозатора и дроссельной заслонки смесителя, а выход усилителя мощности 56 подключен к электродвигателю б привода упора-ограничителя хода рейки через микровыключатели 60 и

61, имеющие привод от упора-ограничителя хода рейки через пластину (микровыключатель 61 служит для отключения двигателя в аварийной ситуации).

5Электромагнитный клапан подачи газа

10 подключен к плюсовым выводам 27 и 28 обмоток реле 25 и 26. Для питания элементов блока управления используется блок питания 62, Система питания оборудуется

0 также элементами, например датчиком давления газа, обеспечивающими надежную работу двигателя.

Заявляемый способ регулирования мощности газодизеля основан на поддер5 жании оптимального с точки зрения экономичности и токсичности отработавших газов состава то пли во воздушной смеси (,6 - 1,7) , определенного по результатам регулировочных испытаний, на

0 большей части частичных нагрузок.

Границей перехода от упомянутых значений а к более обогащенным смесям (до ,4-1,5) для режима полной мощности выбран нагрузочный ре жим с величиной

5 среднего эффективного давления Ре 75- 80% Ремакс Этот режим характерен тем, что именно на этом режиме для современных безнаддувных дизелей достигаются значения а 1,6-1,7. При уменьшении на0 груЗКИ ОТ максимальной Ремакс ДО Ре

75-80% Ремакс регулирование мощности производят прикрытием газовой заслонки 12 при постоянном положении дроссельной

,- заслонки 18 смесителя, осуществляя качественное регулирование. В случае же изменения положения обеих заслонок оъпт достигалось бы при меньших значениях Ре. что сужает область оптимального регулироп вания. При дальнейшем снижении нагрузки доРе 20-30% Ремакс регулирование мощности осуществляют прикрыванием заслонки 18 при постоянном положении заслонки 12, При таком (количественном) регулирова5 нии обеспечивается изменение количества газовоздушной смеси при сохранении «опт . При этом регулирование осуществляют при постоянном значении запальной дозы жидкого топлива ЗДмин , выбранном с

0 учетом устойчивости работы двигателя, теп- лонапряженности деталей и т.п. Указанное обуславливает высокую топлив ную экономичность и малую токсичность отработавших газов. При достижении разрежения во

5 впускной системе за дроссельной заслонкой 18 Ркмакс- порядка 0,4 -0 5 атм (соответствует Ре 20-30% Ремакс ) определяемого в зависимости от конструкции двигателя и обуславливаемого требованием устойчивости его работы, недопустимостью чрезмерного подсоса масла в камеру сгорания и т.п, дальнейшее снижение нагрузки до холостого хода осуществляют воздействием на заслонку,. 1 2, прикрывая ее до положения, соответствующего режиму холостого хода (х.х.)с одновременным приоткрыванием заслонки 18 и увеличением запальной дозы жидкого топлива до ЗДх.х те 1,25-1,35 упомянутой выше величины запальной дозы для режимов нагрузок от полной до 20-30% Ремакс- При этом обеспечиваются а х.х. 2,0-2,2 (в зависимости от требований, предъявляемых к двигателю по токсичности) вместо 4,5-5,0 при качественном регулировании. Такое регулирование обеспечивает устойчивое горение в цилиндрах двигателя при малых нагрузках за счет оптимизации а для этих режимов и снижения разрежения во впускной системе, обуславливающего повышение давления в цилиндрах. При уменьшении разрежения одновременно уменьшаются насосные потери. Следствием отмеченного является уменьшение расхода топлива и токсичности отработавших газов.

При работе двигателя в газодизельном режиме переключатель 30 устанавливают в положение Газ, подавая напряжение в обмотку электромагнитного клапана 10 и обмотки реле 25 и 26, Через открытый клапан газ поступает к редуктору низкого давления 9. При срабатывании реле 25 замыкаются контакты 31, 33 и 32, 34, обеспечивая возможность поступления сигнала от датчика 23 положения педали через формирователи 39 и 40 к сумматорам 42 и 43. При срабатывании реле 26 замыкаются контакты 35 и 37, обеспечивая поступление сигнала от датчика 23 через формирователь 41 и сигнала от датчика 20 положения рейки к сумматору 44. При отпущенной педали сигнал на выходе датчика 23 равен 0. В этом случае сигнал на выходе формирователей 39 и 41 должен быть равен также 0, а сигнал на выходе формирователя 40 должен быть равен 1,5-2 В. В результате газовая заслонка 12 будет полностью закрыта, дроссельная заслонка 18 займет положение, обеспечив ающее разрежение во впускном коллекторе АРкопт., а поворотный рычаг-упор ограничителя 5 займет такое положение, при котором поворотный рычаг рейки 4 будет обеспечивать величину подачи дизельного топлива, равную величине, необходимой для работы на холостом ходу. При нажатию на-педаль 3 через коромысгр 8 усилие передается на телескопическую тягу 7, Перемещаясь, тяга 7 приводит в движение датчик 23, сигнал с

которого поступает одновременно на выходы формирователей 39, 40 и 41. Далее на

участке малых нагрузок до Ре 20-30%

Ремакс- с выхода формирователя 39 сигнал

поступает на первый выход сумматора 42, с выхода формирователя 40 - на первый вход сумматора 43 и с выхода формирователя 41 - на первый вход сумматора 44. На второй вход сумматора 42 поступает сигнал с датчика 21, который сравнивается с сигналом, поступающим с формирователя 39. Сигнал с датчика разрежения 22 поступает на второй вход сумматора 43, где сравнивается с сигналом, поступающим с формирователя 40.

Наконец, на второй вход сумматора 44 поступает сигнал с датчика 20. Этот сигнал сравнивается в сумматоре 44 с сигналом, поступающим с формирователя 41. Если на сумматоры поступают сигналы различной

величины, то на выходе их будет иметь место сигнал, равный разности величин сигналов на входе. Полученный на выходе

сумматоров сигнал на выходы ПИД-регуля- торов 45, 46 и 47. С выхода ПИД-регулятора

45 сигнал поступает на инвертируемый вход компаратора 48 и неинвертируемый вход компаратора 49. С выход ПИД-регулятора 46 сигнал поступаетна инвертируемый вход компаратора 50 и неинвертируемый вход

компаратора51 Наконец, с выхода ПИД-регулятора 47 сигнал поступает на инвертиру- емый вход компаратора 52 и неинвертируемый вход компаратора 53. С другой стороны, на неинвертируемые входы

компараторов 48, 50 и 52 поступает неинвертируемый сигнал эталонных (треугольник) импульсов с выхода генератора 59, а на инвертируемые входы компараторов 49, 51 и 53 поступает инвертированный сигнал

эталонных импульсов с выхода генератора 59. На выходах ПИД-регуляторов 45 и 46 имеет место положительный сигнал и сравнение его с эталонным, поступаемым от генератора 59, будет осуществляться только

на компараторах 49 и 51. так как оба сигнала будут одной полярности (положительные). На выходе ПИД-регулятора 47 имеет место отрицательный сигнал и сравнение его с эталонным, поступающим от генератора 59,

происходит rfa компараторе 52, так как обз сигнала на выходе компаратора имеют положительное значение. Таким образом, на выходе компараторов 49, 51 и 52 будут иметь место положительные прямоугольные

импульсы с частотой 10-20 Гц, устанавливаемой генератором 59. С выхода компаратора 49 сигнал поступает на вход усилителя мощности 54, с выхода компар атора 51 сигнал поступает на вход усилителя мощности

55 и, наконец, с выхода компаратора 52 сигнал поступает на вход усилителя мощности 56. С выходов усилителей мощности 54 и 55 сигнал поступает соответственно к электродвигателю 13, который в тяговом режиме открывает газовую заслонку 12, и электродвигателю 19, который закрывает заслонку 18. Сигнал с выхода усилителя мощности 56 поступает к электродвигателю 6. Последний в тяговом режиме перемещает поворотный рычаг 5 в сторону уменьшения запальной дозы дизельного топлива.

Открытие газовой заслонки 12 будет осуществляться до тех пор, пока не сработает формирователь 39 и не выравнятся сигналы, поступающие с этого формирователя и датчика 21, на сумматоре 42. Закрытие заслонки 18 будет осуществляться до тех пор, пока не сработает формирователь 40 и не выравнятся сигналы, поступающие с формирователя 40 и датчика 22, на сумматоре 43. Момент упомянутого срабатывания соответствует разрежению во впускном коллекторе двигателя ДРКмакс. 0,4-0,5 атм. Движение поворотного рычага 5 в сторону уменьшения запальной дозы дизельного топлива будет продолжаться др тех пор, пока не сработает формирователь 41 и не выравнятся сигналы, поступающие с формирователя 41 и датчика 20, на сумматоре 44.

На участке средних нагрузок от 20-30 до 75-80% Ремакс- заслонка 12 находится в неизменном положении, так как сигйал на выходе формирователя 39 не меняется, хотя с датчика 23 на первый вход формирователя 39 продолжает поступать увеличенный сигнал. Также в неизменном положении остается рычаг 4 так как на выходе формирователя 41 имеет место постоянный сигнал, В рассматриваемом диапазоне нагрузок сшнал с датчика 23 поступает на вход сумматора 43. Этот сигнал меньше то- ,го, который установился на датчике 22 при достижении двигателем нагрузки 20-30%. Таким образом, на выходе сумматора 43 будет иметь место отрицательный сигнал, который пройдя через ПИД-регулятор, попадает на инвертируемый вход компаратора 50 и неинвертируемый вход компаратора 51. Сравнение данного сигнала и сигнала, поступившего с выхода генератора эталонных импульсов 5. будет осуществляться на компараторе 50, так как оба сигнала на его выходе будут иметь положительное значение. Далее положительный прямоугольный сигнал, полученный на выходе компаратора 50, поступает на вход усилителя мощности 55. Пройдя через усилитель мощности, сигнал поступает на электродвигатель 19 и начинает открывать заслонку 18. Нагрузка при этом будет увеличиваться. Открытие заслонки 18 будет 5 осуществляться до тех пор, пока не сработает формирователь 40 и не выравнятся сигналы, поступающие с этого формирователя и датчика 22, на сумматоре 43. Момент этого срабатывания соответствует полному от0 крытию заслонки 18. Изменение положения дроссельной заслонки 18 сопровождается изменением разрежения во впускной системе за этой заслонкой и количества газовоздушной смеси, всасываемой в двигатель.

5 Наличие упомянутых выше корректирующих каналов обеспечивает возможность поддержания состава смеси ««опт

На участке больших нагрузок заслонка 18 находится в неизменном положении

0 (полностью открыта), так как сигнал на выходе формирователя 40 не меняется, хотя с датчика 23 продолжает поступать сигнал на вход формирователя 40. В неизменном положении остается и рычаг 4, как описыва5 лось ранее. На этом участке продолжает открываться газовая заслонка 12. Сигнал с датчика 23 поступает на вход формирователя 3 и далее поступает на первый вход сумматора 42. Дальнейшая работа схемы по

0 обработке полученного сигнала подобна работе данной схемы на малых нагрузках. Открытие заслонки 12 будет осуществляться от нагрузки 75-80% Ремакс- (обеспечивается формирователем 39) до достижения двига5 телем полной нагрузки, что будет соответствовать полному нажатию на педаль 3 При отпускании педали 3 движение рабочих органов будет осуществляться в обратной по- следорательности.

0При работе двигателя в дизельном режиме, когда обесточена обмотка электромагнитного клапана 10 и доступ газового топлива к двигателю перекрыт, также обесточены и обмотки реле 25 и 26 Нормально

5 открытые контакты 31 и 33 реле 25 размыкают цепь от датчика положения педали 23 к первым входам сумматоров 42 и 43 Через нормально замкнутые контакты 32 и 34 реле 25 к первым входам сумматоров 42 и 43

0 подается постоянный сигнал (первый вход сумматора 42 заземлен), а на вход сумматора 43 поступает постоянный сигнал с делителя напряжения 57. Одновременно нормально открытый контакт 35 реле 26 раз5 мыкает цепь от датчика положения педали 23 к сумматору 44, а нормально открытые контакты 37 того же реле размыкают цепь от датчика 20 к сумматору 44. Таким образом, через нормально замкнутые контакты 36 реле 26 на первый вход сумматора 44 подается постоянный сигнал (вход заземлен), а с другой стороны, на вторые входы сумматоров 42 и 43 поступают соответственно сигналы с датчиков 21 и 22. Если сигналы поступив- шие на сумматоры 42 и 43, различны по величине, то полученный на их выходе сигнал, проходя через последующие блоки электронной схемы (как описывалось выше), приводит в движение электродвигатель 13 до полного закрытия заслонки 12,аэТ1ектро- двигатель 19 до полного открытия заслонки 18. На второй вход сумматора 44 через нормально замкнутый контакт 38 поступает постоянный сигнал с делителя напряжения 58. На выходе сумматора 44 будет иметь место сигнал, равный сигналу, поступив ОМму с делителя 58, который после последующего преобразования будет вращать электродвигатель с закрепленным на нём поворот- ным рычагом 5 до полной разблокировки рычага 4. Остановка электродвигателя б осуществляется путём размыкания цепи питания электродвигателя микровыключателем 60 после воздействия на него пластины, за- крепленной на поворотном рычаге 5. Далее при нажатии на педаль 3 усилие через коромысло 8 и телескопическую тягу 7 будет передаваться на поворотный рычаг рейки 4, обеспечивая увеличение расхйда жидкого топлива.

Таким образом, заявляемый способ регулирования мощности двигателя, работающего на жидком и газообразном топливах,

обеспечивает возможность оптимизации состава топливовоздушной смеси в широком диапазоне режимов работы автомобильного двигателя при одновременных уменьшении насосных потерь и улучшении условий сгорания топливовоздушной смеси в области малых нагрузок. Результатом этого является снижение расхода топлива двигателем и содержания токсичных компонентов в отработавших газах.

Формула изобретения Способ регулирования мощности двигателя внутреннего сгорания, работающего на жидком и газообразном топливах, заключающийся в том, что при работе по газодизельному циклу регулирование мощности двигателя в зонах больших и малых нагрузок осуществляется путем воздействия на регулирующий орган дозатора газа, прикрывая его по мере снижения нагрузки, при постоянной запальной дозе жидкого топлива в зонах больших и средних нагрузок, о т- личающийся тем, чҐо, с целью снижения расхода топлива и токсичности отработавших газов, в зоне больших нагрузок воздействие на регулирующий орган дозатора газа осуществляется при постоянном положении заслонки газового смесителя, по мере снижения нагрузки прикрывают заслонку газового смесителя в зоне средних нагрузок, а в зоне малых нагрузок одновременно приоткрывают заслонку газового смесителя и увеличивают запальную дозу жидкого топлива.

Использование: в двигателестроении, в частности регулирование ДВС, работающих на жидком и газообразном топливах. Сущность изобретения: способ регулирования заключается в том, что при работе по газодизельному циклу регулирование мощности двигателя осуществляют путем воздействия на газовую заслонку дозатора газа в зонах больших и малых нагрузок, воздействуя на дроссельную заслонку газового смесителя в зоне средних нагрузок, прикрывая ее по мере снижения нагрузки, и путем одновременного воздействия на обе заслонки в зоне малых нагрузок. При этом в зоне больших нагрузок по мере снижения нагрузки прикрывают заслонку дозатора газа, а в зоне малых нагрузок по мере снижения нагрузки прикрывают заслонку дозатора, приоткрывают заслонку газового смесителя и одновременно изменяют положение упора-ограничителя хода рейки в сторону увеличения запальной дозы жидкого топлива. 3 ил. 10 С

ЗД Ш

Зимин

sv

100%

w%

гв-зо%

фиг t

Не

r- со

СО

гI MQl

N

Cj