Система питания для двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1981 года по МПК F02M23/04 

Изобретение относится к двигателестроению и, в частности, к системам питания. Известны системы питания для двигателя внутреннего сгорания, содержа щие впускной трубопровод, установленный на последнем карбюратор с дроссельной заслонкой, клапан подвода дополнительного воздуха, снабженный расположенным в корпусе запорным органом, входным и выходным каналами, управляющий электромагнит и подключенный к обмотке последнего элект ронный управляющий блок, имеющий датчики режимов работы двигателя, например, оборотов, состава отработавших газов и разрежения во впускном трубопроводе р. . Однако в известных системах питания клапан подвода дополнительного воздуха не может обеспечить требуе- мый расход как в режиме больших расходов, так и при малых расходах воздуха, в связи с чем в двигатель поступает смесь, имеющая состав, отличающийся от треЬуемого, и ухудшают ся технико-экономические показатели последнего. Цель изобретения - повышение точности состава подаваемой смеси. Поставленная цель достигается тем, что В корпусе установлены две мембраны, первая из которых соединена с запорным органом клапана подвода дополнительного воздуха и образует с корпусом управляющую камеру, соединенную с патрубком подвода управляющего давления, снабженным регулирующим клапаном, связанным с управляющим электромагнитом, перегородка, имеющая проходное отверстие, регулируемое запорным органом и образующая с первой мембраной выходную камеру, соединенную с выходным каналом, подключенным к задроссельному пространству впускного трубопровода, и со второй мембраной - перед входным кансшом - промежуточную камеру, и дополнительный запорный орган, регулирующий проходное сечение входного канала и связанный со второй мембраной, образующей с корпусом управляющую полость, подключенную к выходному каналу. Основной запорный орган выполнен в виде цилиндрического золотника с равномерно распределенными продольными прорезями, а между второй мембраной и корпусом установлена пружина с усилием, направленным в сторону

открытия входного канала дополнительным запорным органом.

Входной канал выполнен в виде продольных прорезей корпуса, а дополнительный запорный орган - в виде цилиндрического золотника, снабженного дополнительной мембраной, установ|ленной в. корпусе, причем дополнительная мембрана размещена в промежуточной камере и образует с перегородкой корпуса герметичную камеру.

Дополнительная мембрана образует с корпусом две полости, одна из которых сообщена с выходным каналом, а другая - с атмосферой, а регулирующи клапан установлен на патрубке подвода управляющего давления и выполнен трехканальным с двумя входными отвертиями, подключенными соответственно к выходному каналу и источнику повышенного давления, например, к атмосфере или промежуточной камере, и выходным отверстием, соединенным с патрубком.

На патрубке установлен трехканальный распределительный канал, соединенный с выходным каналом и источником повышенного давления и снабжённы полостью управления, соединенной с выпускным кансшом при помощи магистрали , имеющей дроссель для сообщения с атмосферой, а регулирующий клапан выполнен двухходовым и расположен в магистрали между дросселем и выходным каналом.

Кроме того, электронный управляющий блок снабжен вычислительным блоком, выполненным с возможностью прекргидения подачи управляющего сигнала при снижении оборотов двигателя ниже первого заданного предела и превышении оборотов выше второго заданного предела и имекадий управляющий вход, соединенный с контактным выключателем, управляемым датчиком режима работы двигателя, преимущественно привода дроссельной заслонки. На фиг. 1 схематично изображена предлагаемая система; на фиг. 2 клапан.подвода дополнительного воздуха в разрезе и в увеличенном масштабе; на фиг. 3 - блочная схема части системы с клапаном подвода дополнительного воздуха и регулирующим клапаном патрубка подвода управляющего давления; на фиг. 4 г график управляквдих импульсов; на фиг. 5 - изменение давления в управляющей полости клзпана подвода дополнительного воздуха; на фиг. 6 - вариант выполнения клапана подвода дополнительного воздуха на фиг. 7 - вариант выполнения блочной схемы части системы питания; на фиг. 8 - то же, второй вариант; на фиг. 9 - то же, третий вариант; на фиг. 10 - блочная схема электронного управляющего блока; на фиг. 11 - вариант выполнения блочной схемы электронного управляющего блока; на фиг. 12 - график изменения состава смеси во впускном трубопроводе по времени; на фиг.13 график изменения напряжения на выходе блока сравнения; на фиг. 14 график изменения длительности управляющих импульсов по времени.

Система питания (фиг.1) для двигателя внутреннего сгорания 1 содержит впускной трубопровод 2, установленный на последнем карбюратор 3 с дроссельной заслонкой 4, клапан 5 подвода дополнительного воздуха, и электронный управляющий блок 6, имеющий датчик 7 состава отработавших газов, установленный в выхлопном трубопроводе 8 двигателя 1, датчик 9 оборотов, работающий от цепи 10 зажигания и другие датчики режимов работы (не показаны). Клапан 5 подвода содержит корпус 11 (фиг. 2) с входным 12 и выходным 13 каналами, основной запорный орган, выполненный в виде цилиндрическогозолотника 14, имеющего направляющую.-, 15 и равномерно распределенные продольные прорези 16, первую перегородку 17, имеющую втулку 18 с проходным отверстием 19, первую мембрану 20, соединенную при помощи штока 21 с цилиндрическим золотником 14 и образующую с крышкой 22 корпуса 11 управляющую камеру 23, подключенную к патрубку 24 подвода управляющего давления, и с перегородкой 17 выходную камеру 25, соединенную с выходным каналом 13, и вторую мембрану 26, связанную при помоци штока 27 с дополнительным запорным органом 28, регулирующим проходное сечение входного канала 12, и образующую с крышкой 29 корпуса 11 управляющую полость 30, подключенную при помощи трубопровода 31 к выходному каналу 1 Цилиндрический золотник 14 выполнен с буртом 32, имеющим кольцевую прокладку 33, а между перегородкой 17 и первой мембраной 20 установлена пружина 34, выполненная с начальным нулевым усилием при полном закрытии цилиндрическим золотником 14 проходного сечения проходного отверстия 19 т.е. при контактировании прокладки 33 с втулкой 18. В корпусе 11 установлена первая дополнительная перегородка 35с отверстиями 36, образующими большое проходное сечение для воздуха, и с нгтравляющей 37 для цилиндрического золотника 14, и вторая дополнительная перегорюдка 38, на которой закреплена дополнительная мембрана 39, связанная с дополнительным запорным органс 4 28 при помсяци щтока 40. Дополнительная мембрана 39 образует со второй допоянительной перегородкой 38 герметичную камеру 41. Во второй дополнительной перегородке 38 выполнены отверстия 42, имеющие большое проходное сечение. Входной

канал 12 выполнен в виде продольн 11х прорезей на корпусе 11, а дополнителный запорный орган 28 - в виде цилиндрического золотника, имеющего сквозные отверстия 43, образукадие большое проходное сечение. Следовательно, перегородка 17 со второй мембраной 26 образует в корпусе 11 перед входным каналом 12 промежуточную камеру 44, в которой давление воздуха одинаково и равно Рдр , и оно является промежуточным между давлением во входном канале 12, примерно равным атмосферному Pq, и давлением в выходном канале - P,f) Как видно из фиг. 1 входной канал 12 подключен при помощи трубопровода 45 к патрубку 46, соединяющему карбюратор 3 с воздушным фильтром 47, а корпус 11 клапана 5 имеет отводной патрубок 48. Из изображенной на фиг. 3 блочно схемы части системы питания видно, что патрубок 24 подвода управляющего давления снабжен регулирующим клапаном 49, выполненным трехканальным с двумя входными отверстиями 50 и 51, первый из которых подключен к атмосфере, т.е. источнику постоянного давления, а второй - к выходному канлу 13, и выходным отверстием 52, соединенным с патрубком 24. При этом запорный орган (не показан) регулирук1щего клапана 49 связан с управляющим электромагнитом 53, подключенным к выходу электронного управляющего блока 6 (фиг.). При выполнении системы питания по фиг. 3 отводной патрубок 48 клапана 5 выполнен заглушен ным.

Система работает следующим образом.

При работе двигателя всасываемый воздух проходит через фильтр 47 и по патрубку 46 поступает к карбюрато ру 3, в котором обеспечивается подача топлива и образование топливовоздушной смеси. Последняя по впускному трубопроводу 2 направляется в цилиндры двигателя 1, в котором она сгорает и совершает полезную работу. Отработавшие газы от двигателя 1 отводятся по выхлопнок у трубопроводу 8 а состав отработавших газов контролируется датчиком 7. Когда последний показывает недостаток кислорода, то электронный управляющий блок 6 подает управляющие импульсы к управляющему электромагниту 53, и в управляющую камеру 23 поступает давление Рч|у( , в связи с чем клапан 5 подвода обеспечивает подачу дополнительного воздуха во впускной трубопровод 2, проходящего по трубопроводу 45 в обвод карбюратора 3, в связи с этим поступающая в цилиндры топливовоздушная смесь объединяется. В случае избытка кислорода в отработавших газах электронный управляющий блок обеспечивает подачу сигналов, уменьшающих подачу дополнительного воздуха. При этом подача последнего учитывается в зависимости и от других условий работы двигателя -1 по показаниям различных датчиков. Во входном канале 12 клапана 5 подвода давление примерно равно атмосферному Рд и снижается в промежуточной камере 44 до давления Ррр, а за цилиндрическим золотником давление подводимого воздуха снижается до давления всасывания, равное давлению при этом Рур является также промежу)точным между давлениями Р и Pgb,x Золотник 14 обеспечивает регулирование проходных сечений продольных про, резей 16 пропорционально перепашу давления Р, вых управляется первой мембраной 20, а дополнительный запорный орган обеспечивает регулирование давления Рг,р таким, чтобы перепад давления РПР был пропорционален выходному давлению Рр,) , так как управляется второй и дополнительной мембранами 26 и 39.

Поступающие к управляющему электромагниту 53.управляющие сигналы обеспечивают при прохождении через него тока подачу низкого дгшления входное отверстие 51, а при отсутствии тока - подачу высокого давления Рд через входное отверстие 50. При этом объем V управляющей камеры влияет на ее время заполнения и опорожнения и зависит от минимальных проходных сечений патрубка 24 - входного отверстия 51 - Sq и патрубка 24 - входного отверстия

50 - S

а также скорости звука при

в

давлении . Длительность управляющих сигналов и Тд является меньшей длительности опорожнения при заполнении управлякщей камеры 23, а расход дополнительного воздуха должен быть пропорционален расходу топливо-воздушной смеси. При этом

.р::Рйь11|П., ь4

15. Ц

t iTPebwiT S

Т.

в C{5a+Sj)

где f - отношение удельной теплоемкости при постоянном давлении и постоянном объеме;

С и А - коэффициенты, зависящие от размера клапана 5 подвода/

N - скорость вращения двигателя.

116 1 За

Так как имеется дополнительный запорный орган 28, то время Т зависит практически только от скорости вращения двигателя N, при этом для упрощения электронного блока управления выбирают отнсшения S е( s S j - Pf,p : Pg,y и таким образом обеспечивают время TQ Т,- (фиг.4) . При та.них импульсах давление в управляющей полости 23 будет изменяться согласно графику, показанному на фиг. 5, при этом горизонтальной пунктирной линией 54 показано требуемое давление Р ррлинией 55 - Р| и сплошной линией 56 - реальное давление при конструктивном выполнении, описанном выше. В изображенном на фиг. 6 варианте выполнения клапана 5 привода дополни тельного воздуха корпус 11 в месте расположения цилиндрического золотни ка 14 и последний выполнены также, как по фиг. 2 (одинаковые ;)Яементы показаны теми же позициями) , а дополнительный запорный орган 28 также связан при помощи штока 57 со второй мембраной 26, образующей в корпу се 11 с перегородкой 17 промежуточную камеру 44. Корпус 11 имеет трубчатый элемент 58, в котором установлена дополнительная перегородка 59, образующая со второй мембраной 26 управляющую полость 30, которая при помощи трубопровода 60 подключена к выходному каналу 13. Между перегород кой 59 и второй мембраной 26 установ лена пружина 61 с усилием, направлен ным в сторону открытия входного канала 12 дополнительным запорным органом 28. Пружина 61 должна иметь примерно постоянное усилие, равное силе, создаваемой атмосферным давлением на вторую мембрану 26. Шток 57 проходит и может свободно скользить относительно перегородки 59 и связа с закрепленной на трубчатом элементе 58 третьей мембраной 62, которая образует с ним и с перегородкой 59 первую полость 63, соединенную чере отверстия 64 в элементе 58 с атмосферой . На трубчатом элементе 58 установ лена крышка 65, которая образует с третьей мембраной 62 вторую полость . 66, соединенную при помощи патрубка 67 и трубопровода 60 с выходным каналом 13. При работе клапана 5 подвода, выполненным согласно фиг. 4, дополн тельный запорный орган 28 обеспечив ет постоянное отношение РПР йыч причем это отношение зависит от отношения площади второй мембран 26 к площади третьей мембраны 62. В системе питания (фиг.7) входно отверстие 50 регулирующего клапана 49 соединено не с атмосферой (как по фиг. 3), а через трубопровод 68 с патрубком 48 клапана 5 подвода. Такое выполнение системы во время ее работы обеспечивает изменение давления Р,,о в уПравля цей камере 23 согласно линии 56 графика (фиг. В системе испытания фиг. 8 на патрубке 24 подвс да управляющего давления установлен трехканальный распределительный клапан 69, выходное отверстие 70 которого соединено с управляющей камерой 23 клапана 5 подвода, а входные отверстия 71 и 72 подключены соответственно к атмосфере и к выходному каналу 13. Клапан 69 снабжен полостью управления (не показана , соединенной с выпускным каналом 13 при помощи магистрали 73, имеющей дроссель 74 для сообщения с атмосферой. В магистрали 73 установлен регулирующий клапан 75, вьтолненный двухходовым и связанный с управляющим электромагнитом 53. При этом регулирующий клапан 25 расположен в магистрали 73 между дросселем 74 и выходным каналом 13. При таком выполнении системы регулирующий клапан 75 изменяет давление в управляющей камере 23 не непосредственно, а через трехканальный распределительный клапан 69. При этом отсутствии тока в управляющем электромагните 53 регулирующий клапан 75 закрыт, в связи с чем в полости управления клапана 69 давление возрастает до атмосферного Р , и таким образом достигается соединение управляющей полости 23 с атмосферой через входное отверстие 71 и выходное отверстие 70 и патрубок 24. В системе питания(фиг. 9J входное отверстие 71 трехканального распределительного клапана 69 соединено не с атмосферой (как по фиг. 8 , а через трубопровод 76 с патрубком 48 клапана 5 подвода. Такое выполнение системы во время ее работы обеспечивает изменение давления Рупр в управляющей камере 23 согласно линии 56 графика (фиг. 5) . Электронный управляющий блок 6 иг. 10) имеет преобразователь 77, обеспечивающий определение скорости вращения двигателя в зависимости от частоты импульсов от датчика 9 и имеющий генератор импульсов (цифровой или аналоговый), выдаквдий управляющие сигналы с требуемой частотой и формой (симметричной или асимметричной) . Эти управляющие сигнгшы усиливaютdя усилителем 78 и подаются к управляющему электромагниту 53. На фиг. 11 изображен вариант выполнения электронного управляющего блока 6, который имеет блок 79 сравнения, прижимающий сигнёш от датчика 7 состава отработавших газов, выход 80которого подключен к интегратору 81с выходом, подключенным к преобразователю 77, электронный тахометр 82, и вычислительный блок 83, входы которого подключены к выходам преобразователя 77 и тахометра 82, а выход - соединен с усилителем 78. Как видно из графика (фиг,13), где показана кривая изменения соста-ва подаваемой в двигатель смеси по времени, горизонтальная ось соответ ствует идеальному составу смеси, а линия 84 - реальный состав смеси cL; если смесь будет богаче идеальной, то датчик состава отработавших газо покажет недостаток кислорода. Как видно из графика (фиг.14) на выходе блока 79 сравнения появляетс напряжение, показанное линией 85, когда смесь беднее идеальной. Ток поступает к интегратору 81, имеющему заданную постоянную времени, и от последнего подается переменный сигнал к преобразователю 77. Как видно из графика (фиг. 15) преобразователь обеспечивает медлен ное увеличение времени Т, показанное линией 86, в те периоды, когда тока на выходе 80 нет, т.е. в перио ды обогащения смеси, и медленное (Уменьшение времени, когда имеется напряжение на выходе 80 блока 79 сравнения. При этом вычислительный блок 83 обеспечивает прекращение по дачи управляющего сигнала от.преобразователя 77 к усииителю 78 при сн жении оборотов двигателя ниже перво заданного предела (например, ниже 1300 об/мин - т.е.. малых оборотов д двигателя) и превышении оборотов вы ше второго заданного предела (напри мер, 5000 об/мин) , когда подача дополнительного воздуха не требуетс Кроме того, вычислительный блок 83 может иметь дополнительный управляю щий вход (не показан) , соединенный контактным выключателем, связанным с приводом (не показаны) дроссельной заслонки 4 карбюратора 3, чтобы прекратить работу клапана 5 при замедлении двигателя. Таким образом, предлагаемое выпол нение системы обеспечивает повышение точности состава подаваемой в двигатель смеси. Формула изобретения 1. Система питания для двигателя внутреннего сгорания, содержащая впускной трубопровод, установленный на последнем карбюратор с дроссельной заслонкой, клапан подвода дополнительного воздуха, снабженный распо .ложенным в корпусе запорным органом входным и выходным каналами, управляющий электромагнит и подключенный к обмотке последнего электронный управляющий блок, имеющий датчики режимов работы двигателя, например, оборотов, состава отработавших газов и разрежения во впускном трубопроводе, отличающаяс я тем, что с целью повышения точности состава подаваемой смеси, в корпусе установлены две мембраны, первая из которых соединена с запорным органом клапана подвода дополнительного воздуха и образует с корпусом управляющую камеру, соединенную с патрубком подвода управляющего давления, снабженным регулирующим клапаном, связанным с управляющим электромагнитом, перегородка, имеющая проходное отверстие, регулируемое запорным органом и образующая с первой мембраной выходную камеру, соединенную с выходным каналом, подключенным к задросс ель ному пространству впускного трубопровода, и со второй мембраной - перед входным каналом - промежуточную камеру, и дополнительный запорный орган, регулирующий проходное сечение входного канала и связанный со второй мембраной, образующей с корпусом, управляющую полость,подключенную к выходному каналу. 2.Система поп.1, отличающаяся тем, что основной запорный орган выполнен в виде цилиндрического золотника с равномерно распределенными продольными прорезями. 3.Система по пп. 1 и 2, о т л ичающаяся тем, что между второй мембраной и корпусом установлена пружина с усилием, направленным в сторону открытия канала дополнительным запорным органом. 4.Система попп. 1, 2иЗ,отличающаяся тем, что входной канал выполнен в виде продольных прорезей корпуса, а дополнительный запорный орган - в виде цилиндрического золотника, снабженного дополнительной мембраной, установленной в корпусе. 5.Система попп. 1, 2и4, о.тличающаяс я тем, что дополнительная мембрана размещена в промежуточной камере и образует с перегородкой корпуса герметичную камеру. 6.Система по пп. 1-4, отличающаяся тем, что дополнительная мембрана образует с корпусом две полости, одна из которых сообщена с выходным каналом, а другая - с атмосферой. 7.Система по пп. 1-6, отличающаяся тем, что регулирующий клапан установлен на патрубке подвода управляющего давления и выполнен трехканальным с двумя входными отверстиями, подключенными соответственно к выходному каналу и источнику повышенного давления, например, к атмосфере или промежуточной камере, и выходным отверстием, соединенным с патрубком. 8.Система по пп. 1-6, отличающаяся тем, что на патрубке установлен трехканальный распре- делительный клапан, соединенный с выходным каналом и источником повышенного давления и снабженный полостью управления, соединенной с выпускным каналом при помощи магистрали, имеющей дроссель для сообщения с атмосферой, а регулирующий клапан выполнен двухходовым и расположен в магистрали между дрсэсселем и выходным каналом. 9. Система оо пп. 1-8, о т л ич а ю щ а- я с я тем, что электронный управляющий блок снабжен вычислитель ным блоком, выполненным с возмож-. ностью прекращения подачи управляющего сигнала при снабжении оборотов двигателя ниже первого заданного предела и превышении оборотов выше второго заданного предела и имеющий управляющий вход, соединенный с контактным выключателем, управляемым датчиком режима работы двигателя, преимущественно привода дроссельной заслонки. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Заявка ФРГ № 2318793, кл. 46 b 5/00, опублик. 1973.

J4 25 11 Л 18 33 32 23 22 21

(риг. 2 26 23 42 38 4140 if3 29 12 27 30

-13

1риг.З

Фиг. 23 20 J13if г1 17 lit 35 Ш I I I I

фиг. S S7 ssBsisse f ff es

(риг. 10

(риг. П