Устройство для подачи дополнительного топлива в двухтопливный дизельный двигатель

 

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

союз соВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ((9) (и) (si)s F 02 В 11/00

"I 708

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ. СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДАЧИ ТОПЛИВА

В ДВУХТОПЛИВНЫЙ ДИЗЕЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ (57) Использование: изобретения относится к двигателестроению, а именно к средствам для подачи дополнительного топлива в двигатель. Сущность изобретения: изобрете-: нйе позволяет за счет регулируемой подачи на впуске дизеля дополнительного топлива (ДТ), например метанола, сйизить выброс

Изобретение относится к двигателям: впуске, от детанационных свойств топлива внутреннего сгорания, а именно к устройст- и стехиометрического состава горючей смева раздельного питания двухтопливных ди- си. зелей, и может быть использовано при Однако параметры; нормирующие рас создании новых дизелей, в которых предус- ход дополнительного топлива, не являются мотрено двухфазное питание, а также на характерными для дизельйых двигателей и оснащенных дизельйыми двигателями трак- в процессе их работь: либо меняются несуторах; автомобилях и других, находящихся щественно, либо остаются постоянными. В в эксплуатации машинах. связи с этим упомянутые устройства не моИзвестны устройства для совместного гутбыть использованы непосредственнона регулирования двух топлив, позволяющие дизельных двигателях. регулировать количество дополйительного. Наиболее близким техническим решетоплива путем изменения производитель- . нием является устройство для подачи топлиности электромагнитных форсунки или кла- ва в двигатель внутреннего сгорания, .. пана в зависимости соответственно от содержащее поплавкавую камеру, управлямассового расхода воздуха и разрежения на - емый дозирующий клапан, размещенный во

eaak

1 (21) 4699322/06 (22) 31.05,89 (46) 15.07,92. Бюл. N 26 (71) Усть-Каменогорский строительно-дорожный институт (72) А.Н.Яковлев, И.А.Яковлев и А,П.Парамзин (53) 621.43(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1160077, кл. F 02 В 11/00, l982,, 2 сажи и бенз(а)пирена с отработавщими газами, улучшить показатели дизеля, JJMGH6шить процесс закокСовывания поршня, поршневых колец, распылителей форсунок.

Подача производится на оптимальных режимах работы дизеля по сигналам с фотодатчиков, регистрирующих перемещение оргайа 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 подачй основного топлива, кинематически связанного с ЧЭ, или по изменению давления отработавших газов дизеля, приводящего к перемещению

ЧЭ. 7 ил, 1747723 впускном коллекторе распылитель, сооб- ливный дизель, содержащее поплавковую щенный с поплавковой камерой через уп- камеру, управляемый дозирующий клапан, равляемый дозирующий клапан, и блок размещенный во впускном коллекторе расуправления подачей топлива, связанный пыливатель, сообщенный о поплавковой касвоим входом с органом регулирования под- 5 мерой через управляемый дозирующий ачи основного топлива, а выходом — с управ- . клапан, и блок управления подачей топлива, ляемым дозирующим клапаном. связанный своим входом с органом уйравНедостаток устройства заключается в ления подачей основного топлива, а выхоненадежности работы входящих в блок уп- дом — с управляемым дозирующим равления герконов, на срабатывание кото- 10 клапаном, дополнительно введены блок рых оказывает влияние вибрации нормирования подачи(БПН)сдвумя инфордвигателя, а также e íåaoçìîæíîñòè "àâòÎ- мационными и управляющим выходами, матической корректировки расхода допол- триггер с предустановкой, ключевой эленительного топлива в зависимости от ментсдвумявходамиивыходом,усилительнагрузки дизеля, что приводит к перерасхо- 15 преобразователь, информационные выходы ду или основного, или дополнительного топ- БНП связаны с входами триггера, выход последнего связан с одним из входов ключевоЦелью изобретения является расшире- го элемента, другой вход которого соединен .ние функциональных возможностей и повы- с управляющим выходом БНП, а выход клюшение надежности устройства, 20 чевого элемента через усилитель-преобраКак показывают исследования, добавку зователь связан .с управляемым дополнительнбго топлива на впуске следует дозирующим клапаном, осуществлять, начиная со средних нагрузок. На фиг. 1 приведена схема устройства; (среднее эффективное давление в цилиндре, на фиг, 2 — фиг. 5 — четыре варианта исполР = 0,40-0,45 МПа, цикловая подача ди- 25 нения блока нормирования подачи доползельного топлива 28-30 мг/г.цикл) и выше,: нительного топлива; на фиг. 6 вплоть до P = 0,7 Мпа. Эффективность вли- расположение фотодатчиков и дифференцияния добавки на индикаторные и токсиче- ально-трансформаторного преобразователя ские показатели дизеля растет по мере (ДТП)относительнорейкитопливногонасоцикловой подачи дополнительного топлива, 30 ca: на фиг; 7 — график расхода топлива, оптимальная величина которого 11-12 Устройство для подачи топлива в двухмг/л,цикл и ограничена детонационмой . топливный дизельный двигатель содержит стойкостью конкретного топлива. Если ок- распылитель 1, размещенный во впускном тановое число топлива позволяет, цикловую коллекторе 2 и связанный через жиклер 3 с

: подачу дополнительного топлива целесооб- 35 йоплавковой камерой 4, управляемый дозиразноповыситьвплотьдо16мг/л.цикл,учи- рующий клапан 5, блок нормирования подтывая, что альтернативные виды топлива ачи (БНП) 6 дополнительного топлива, (бензин, бензол, метанол, этанол) в настоя- информационные выходы которого подклющее время хотя и в разной степени, но до- чены к входам триггера с предустановкой 7, роже дизельного топлива, появляется 40 выход которого соединен с первым входом необходимость усовершенствования осу- . ключевого элемента 8, управляющий выход ществляющих устройств в направлении бо- БПН 6 подключен к второму входу ключелее экономического использования обоих вого элемента 8, выход которого через уситоплив при высокой надежности подачи и литель-преобразователь 9 связан с строгой дозации дополнительного топлива 45. управляемым дозирующим клапаном 5. во всем диапазоне нагрузок от Pe = 0,4 МПа Триггер 7, работающий по принципу RSдо Р, = 0,7 МПа. Применение таких уст- триггера и выполненный, например, на лоройств обеспечивает более эффективное . гических элементах имеет узел, снижениетоксичности ОГ, более экономич- обеспечивающий при йодаче напряжения ный расход обоих топлив, повышение мощ- 50 питания его предустановку с логическим нуности дизелей и их ресурса. лем на.выход.

Экономический эффект складывается По данному варианту! БПН 6 содержит из всех перечисленных составляющих, од- два фотодатчика 10 и 11, каждый из которых нако целесообразность использования имеет фотоизлучатель и фотоприемник; раз-. двухфазной подачи.тойлива для питания ди- 55 деленные по оптическому каналу подвижзеля обусловлена, главным образом, сниже- ной шторкой 1 2, перемещающейся, нием выброса с ОГ сажи и бенз(а)пирена. например, вместе с рейкой 13 топливного

Затем идут мощность дизеля и его ресурс. насоса, дифференциально-трансформаторПоставленная цель достигается тем, что ный преобразователь (ДТП) 14, состоящий, в устройство для подачи топлива в двухтоп- например, из неподвижного каркаса с об 1747723

20

30

40 мотками 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 (Pe < 0,45 МПа), когда положение щелей шторки 12 соответствует изображению на фиг. б,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

13движется вправо(фиг, б) и первоначально совместит первую щель шторки 12 с оптическим каналом фотодатчика 10 (фиг. б,б), сигнал с выхода которого поступит на первых вход триггера 7, но не изменит его состояния, что обусловлено особенностью работы

BS-триггера. При дальнейшем перемещении рейки 13 вправо в момент, когда среднее эффективное давление в цилиндре достигнет значения Рe = 0,45 МПа (цикловая подача дизельного топлива при этом режиме 28 — 30 мг/л.цикл), вторая щель шторки 12 совместится с оптической осью фотодатчика 1,1 (фиг. 6,в), что обеспечивается предварительной регулировкой относительного положения щелей и фотодатчиков, на выхо- 45 де фотодатчика 11 появится сигнал, который по второму входу "переворачивает" триггер 7 (нэ его выходе формируется уровень логической единицы). Выходной сигнал триггера 7 отпирает ключевой элемент 50

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 иглой клапана может быть частотно-широтноимйульсным или непрерывным, что обеспечиваетея 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 ЛВ, обеспечивающую стабилизацию режима работы дизеля. Положение чувствительного элемента ДТП 14 относительно его обмоток задается профильной линейкой 15;

Величина Л В устанавливается в про. цессе предварительной регулировки с некоторым запасом Л В> между первой щелью и осью оптического канала фотодатчика 10.

Таким образом, если включение дополнительной подачи происходит, например, при Ре=-0,45 Мпа, то отключение ee — при Ре 40 МПа или несколько меньше, т.е. когда первая щель совпадает с оптическим каналом фотодатчика 10. Такая регулировка исключает неустойчивую подачу дополнительного топлива на режимах работы, близких к Pe:- 0,45 МПа, э 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 цц — Pe (фиг. 7), где g< — суммарный, расход обоих топлив, а 9д — расход дополнительного топлива, момент включения добавки соответствует точке Р>, а момент ее отключения— точке Ро. Характер дальнейшего изменения цикловой подачи дополнительного топлива

9д, мг/л.цикл при увеличении нагрузки определяется положением чувствительного элемента ДТП 14, т.е. характером кривизны направляющей профильной линейки 15, поскольку состояние триггера 7 остается неизменным ввиду отсутствия сигналов с выходом фотодатчиков 10 и 11 при дальней- шем перемещении рейки 13 вправо (фиг. б,г). Желаемый закон изменениЯ 9д = <(Pe) может быть получен и путем сочетания характеристик профильной линейки 15 и усилителя-преобразователя 9, исходя из вида дополнительного топлива (бензин, бензол, метанол и др,).

При пуске дизеля рейка 13 находится в крайнем правом положении, расход допол-. нительного топлива максимальный, что облегчает процесс пуска. После пуска (холостой ход) рейка 13, возвращаясь влево, отключит подачу дополнительного топлива, а по мере увеличения нагрузки описанный процесс повторится, Сконструированное по варианту 1 устройство может работать и без ДТГ1 14, если вместо выпрямителя 16 к второму входу ключевого элемента 8 подсоединить источник опорного напряжения. Тогда расход дополнительного топлива будет постоянным и определяется величиной опорного напряжения, 1747723

7 По варианту 2 (фиг. 3 и фиг. 6) БНП 6 элемента 8, последний будет заперт для содержит два фотодатчика 10 и 11, шторку прохождения сигнала от ДТП 14 на дозиру12 (фиг. 6), поршень 17; движущийся под ющий клапан 5. Поэтой причине его клапан влиянием изменяющегося давления ОГ и будет закрыт. посредством штока связанный с чувстви- 5 По мере увеличения нагрузки дизеля тельным элементом ДТП14, выход которого . выходной сигнал ДТП 14 будет возрастать подключенквходувыйрямителя16. Выходы по закону, определяемому кривизной нафотодатчиков 10 и 11 являются соотаетст- правляющейпрофильнойлинейки15. Вданвенно первым и вторым информационными ном случае рейка 13 движется вправо (фиг, выходами БНП 6, а выход выпрямителя 16 10 4), что приведет к увеличению напряжения является. управляющим выходом БНП 6. О1 на выходе выпрямителя 16. В диапазоне

Работа предлагаемого по второму вари- нагрузок двигателя Ре 40 МПа напряжеанту устройства отличается от работы уст- ние достигнет уровня срабатывания О2 поройства по первому варианту лишь в том, рогового элемента 20, на выходе которого что положение чувствительного элемента 15 появится логйческая единица, а на выходе .

ДТП 14 относительйо его обмоток определя- схемы НЕ 22 — логический нуль, Однако это ется величиной давления 0f на данном ре- не изменит состояние триггера 7, что обуся<име, при этом характер изменения ловлено логикой его работы, состояние осцикловай подачи дополнительного топлива тальных элементов устройства также не зависит от закона, которому подчиняется 20 изменится. т.е, клапан 5 будет закрыт, перемещение поршня 17 под влиянием дав- При дальнейшем увеличении нагрузки, ления ОГ, Желаемый закон Может быть.за- напримердо Ре= 0,45 МПа, напряжение U< дан, например, с помощью возвратной вследствиеперемещениярейки13впрайои пружины и характеристики усилйтеля ripe- саязанногосэтимперемещениемдвижения образователя 9. 25 чувствительного элемента ДТП 14 достигнет

По варианту 9 (фиг. 4) БНП 6 соДержит уровня срабатывания, 0з порогового элеДТП 14, чувствительный элемент которого . мента 21 и íà его выходе появится логичемеханически контактирует с профильной скаяединица, которая "перевернет" триггер линейкой 15, которая связана с рейкой 13 7, т.е. на его выходе установится логическая топливного насоса, выпрямитель 16, вход 30 единица (О7), которая отпирает ключевой которого йодсоединен к выходным обмот- элемент 8 для прохождения сигнала от ДТП кам ДТП 14, а выход является управляющим .. 14 к дозирующему клапану 5, Спосoá управвыходом БНП 6, первый и второй задатчики ления дозирующим клапаном аналогичен уровня 18 и 19, выходы которых соединены описанному в варианте 1. В момент открысоответствеййо с первыми входами первого 35 тия жиклера 3 суммарное количество топлии второго пороговых элемейтов 20 и 21, вто- аа возрастает на величину цикловой подачи рые входы которых.подключаны к выходу дополнительноготопливаирегулятордизевыпрямит 16, выход первого йорогового ля возвратит рейку 13 влево. Напряжение U > элемента 20 соединен с входом схемы НЕ . станет меньше уровня срабатывания Ug no22; выход которой является первым инфор- 40 рогового элемейта 21, однако появление на мационййм выходом БНП 6; выхбд второго его выходе логического нуля.не изменит сопорогавого элемента 21 является вторым стояние триггера 7. В установившемся реинформацйойным выходом БНП 6. -- жиме положенйе рейки 13 топливного

Устройство работает следующим обра- насоса и состояние ДТП 14 соответствует зом..:.:.: ..:... 45 точке Р8 на диаграмме фиг, 7, На холостом ходу и мальх нагрузках flpvi уменьшении нагрузки дизеля двигателя рейка 13 -опливного насоса, а уменьшаетсяU)и;когдаонодостигнетуровзначит и профильйая линейка 15, занимают ня срабатйвания Uz порогового элемента положение, при котором с выхода выпрями- 20; на выходе последнего появится логичетеля 16 снимается йапряжение U1, по вели- 50 ский нуль, а на выходе схемы НЕ 22 — логичине меньше, чем уровни срабатывания ческая едйница, которая установит триггер пороговых элементов20и 21, т.е. U> < Ui < Оз, 7 в исходнбе нулевое состояние. 8 резульи на выходах элемейтов 20 и 21 будут"присут- . тате ключевой элемент 8 запрется и подача ствовать уровни логических нулей (U4 и Ug). дополнительного топлива прекратится. Это

В свбю очередь, на выходе схемы 22 HE 55 произойдет при нагрузке Ре 0,40 МПа и будет уровень логической единицы Ug, кото- соответствует точке РО на дйаграмме фиг. 7. рая подается на первый вход триггера 7 Прекращениеподачидополнительноготоп(фиг. 1), но не меняет его исходного состоя- лива вызовет перемещение рейки в сторону ния. Выходным сигналом триггера 7, посту- увеличенйя подачи основного топлива (т.е, пающиM на первый вход ключевого вправо).При этом срабатывание порогового

1747723 элемента 20 не приведет к изменению состояния устройства, так как для этого необходимо, чтобы сработал второй пороговый элемент 21, что может произойти при на- грузке, например Ре = 0,45 МПа.. 5

Увеличение нагрузки дизеля (свыше Ре= 0,45 МПа) при включенной подаче дополнительного топлива, сопровождающееся срабатыванием порогового элемента 21, не вызывает изменения состояния триггера 7, 10 на выходе которого сохраняется уровень логической единицы, и цикловая подача дополнительíого топлива будет расти .. пропорционально увеличению выходного сигнала ДТП 14, . 15

Момент включения подачи дополнительного топлива и момент его отключения (точки Р и Ро на фиг, 7) устанавливаются путем изменения уровней срабатывания пороговых элементов 21 и 20 с помощью за- 20 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 из- 25 меняющегося 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 30 и второй задатчики уровней 18 и 19; выходы которых соединены соответственно с первыми входами первого и второго Ilopof osblx элементов 20 и 21, вторые входы которых подключены к выходу выпрямителя 16, вы- 35 ход схемы НЕ 22 является первым информационным выходом БНП 6, выход второго порогового элемента 21 является вторым информационным выходом БНП 6, 40

Работа предлагаемого по четвертому варианту устройства отличается от работы устройства по третьему варианту лишь в том, что положение чувствительного элемента 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 скооостного режима дизеля.

Формула изобретения

Устройство для подачи дополнительного топлива в двухтопливный дизельный двигатель, содержащее поплавковую камеру, управляемый дозирующий клапан, размещенный во вйускном 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 дозйрующим клапаном, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности и расширения функциональных возможностей, устройство снабжено блоком нормирования подачи с двумя информационными и управляющим выходами, а блок управления выполнен в виде триггера с предустановкой; усилителя-преобразователя 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, другой вход которого соединен с управляющим выходом блока нормирования подачи, а выход ключевого элемента через усилительпреобразователь связан с управляемым доэирующим клапаном, 1747723

1747723

Составитель А.Парамзин

Редактор M. Âàñèëüåâà Техред М, Mîðãåíòàë Корректор Н,Повидайчик

Заказ 2484 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", с. Ужгород, ул.Гагарина, 101