Система подачи газа в двигатель внутреннего сгорания

 

Использование: двигателестроение, системы подачи газа в карбюраторный двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Сущность изобретения: система подачи газа в ДВС содержит карбюратор, баллон с сжиженным газом, газовую магистраль, испаритель газа, снабженный входным электромагнитым клапаном, первую электромагнитную форсунку, размещенную на выходе из магистрали, дифференциальный датчик давления газа, установленный между газовой полостью ресивера и выходом электромагнитной форсунки и имеющий электрическую связь с входным электромагнитным клапаном, дифференциальные счетчики давления воздуха, установленные между воздушной полостью на входе в карбюратор и зоной минимального сечения каждого диффузора, и электронный блок управления, связанный с датчиком частоты вращения вала двигателя и выполненный в виде двух интеграторов, усилителя-преобразователя, дифференцирующего звена, сумматора и блока-преобразователя. Первый вход каждого интегратора подсоединен к одному из дифференциальных датчиков давления воздуха, второй вход каждого интегратора соединен с датчиком частоты вращения вала двигателя, выходы интеграторов подключены соответственно к первому и второму входам усилителя-преобразователя, выход которого соединен с первым входом сумматора и через дифференцирующее звено с вторым входом сумматора, а выход последнего подключен к первому входу блока-преобразователя, второй вход которого соединен с датчиком частоты вращения вала двигателя. Выход блока-преобразователя подключен к электромагнитной форсунке. В систему введена вторая электромагнитная форсунка, установленная параллельно первой форсунке, к которой подключен второй выход блока-преобразователя. В электронный блок управления введены два блока сравнения, задатчик частоты вращения и задатчик эталонного сигнала, причем задатчик числа оборотов соединен с первым входом первого блока сравнения, второй вход которого соединен с датчиком частоты вращения, а выход с третьим входом блока-преобразователя, первый вход второго блока сравнения соединен с выходом дифференцирующего звена, второй вход с задатчиком эталонного сигнала, а выход с четвертым входом блока-преобразователя. 1 ил.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к системам подачи газа в карбюраторный двигатель внутреннего сгорания (ДВС).

Известна система подачи газа в двигатель внутреннего сгорания с электронным управлением [1] состоящая из баллона с газом, карбюратора-смесителя с диффузорами и дроссельными заслонками, редуктора, газовой магистрали, трех электромагнитных форсунок, размещенных за дроссельными заслонками и связанных с газовой магистралью, датчиков частоты вращения коленчатого вала двигателя, положения дроссельной заслонки, давления топливной смеси во впускном трубопроводе и электронного блока, включающего в себя логическое устройство, преобразователь частоты вращения, частотные компараторы, преобразователь давления и расширитель. В этой системе возможности регулирования расхода газа расширяются за счет использования трех электромагнитных форсунок и обеспечения высокой частоты (110-790 Гц) их включения при постоянной продолжительности открытого состояния форсунок, что позволяет повысить экономичность двигателя на различных режимах его работы.

Недостатки системы подачи газа в ДВС обусловлены высокой частотой включения форсунок, что предъявляет высокие требования к ним как по динамическим характеристикам, так и по надежности; наличие редуктора сложной конструкции снижает надежность системы; возможное изменение давления воздуха на входе в карбюратор-смеситель при засорении воздушного фильтра приводит к непредвиденным отклонениям состава топливной смеси от рационального на данном режиме; эта система не учитывает инерционность ее элементов и дискретность процесса подачи топливной смеси в цилиндры ДВС. В последнем случае важно обеспечить оптимальное соотношение состава топливной смеси в рамках порции, поступающей в цилиндр ДВС за один цикл.

В основу изобретения поставлена задача создать систему подачи газа в ДВС, позволяющую повысить стабильность работы двигателя на режиме холостого хода и экономичность системы.

Поставленная цель достигается тем, что в систему подачи газа в двигатель внутреннего сгорания, содержащую двухкамерный карбюратор-смеситель с диффузорами и дроссельными заслонками, воздушную полость на входе в карбюратор-смеситель, баллон с сжиженным газом, газовую магистраль, испаритель газа, выполненный в виде ресивера с теплообменником, сообщенным с системой охлаждения двигателя, и снабженный входным электромагнитным клапаном, электромагнитную форсунку, размещенную на выходе из магистрали за дроссельными заслонками, дифференциальный датчик давления газа, установленный между газовой полостью ресивера и выходом электромагнитной форсунки и имеющий электрическую связь с входным электромагнитным клапаном, дифференциальные датчики давления воздуха, установленные между воздушной полстью на входе в карбюратор-смеситель и зоной минимального сечения каждого диффузора, и электронный блок управления, связанный с датчиком частоты вращения вала двигателя и выполненный в виде двух интеграторов, усилителя-преобразователя, дифференцирующего звена, сумматора и блока-преобразователя, при этом первый вход каждого интегратора подсоединен к одному из дифференциальных датчиков давления воздуха, а второй вход каждого интегратора соединен с датчиком частоты вращения вала двигателя, выходы интеграторов подключены соответственно к первому и второму входам усилителя-преобразователя, выход которого соединен с первым входом сумматора и через дифференцирующее звено с вторым входом сумматора, а выход последнего подключен к первому входу блока-преобразователя, второй вход которого соединен с датчиком частоты вращения вала двигателя, причем выход блока-преобразователя подключен к электромагнитной форсунке, дополнительно в систему введена вторая электромагнитная форсунка, установленная параллельно первой электромагнитной форсунке, к которой подключен второй выход блока-преобразователя, а в электронный блок управления введены два блока сравнения, задатчик числа оборотов и задатчик эталонного сигнала, причем задатчик числа оборотов соединен с первым входом первого блока сравнения, второй вход которого соединен с датчиком числа оборотов, а выход с третьим входом блока-преобразователя, первый вход второго блока сравнения соединен с выходом дифференцирующего звена, второй вход с задатчиком эталонного сигнала, а выход с четвертым входом блока-преобразователя.

Введенная в систему вторая малорасходная электромагнитная форсунка обеспечивает расход газа в диапазоне от режима ХХ до номинального, что повышает скважность ее работы и совместно с первым блоком сравнения и задатчиком числа оборотов обеспечивает устойчивую подачу газа в ДВС на оборотах ХХ. Ввод в электронный блок второго блока сравнения позволяет на режиме вынужденного холостого хода при резком уменьшении расхода воздуха, сравниваемого во втором блоке сравнения с эталонным, выдавать сигнал на четвертый вход блока-преобразователя, который выключает основную электромагнитную форсунку и обеспечивает минимальную скважность работы второй электромагнитной форсунки ХХ, что позволяет уменьшить расход и непроизводительные потери газа на режиме вынужденного ХХ.

На чертеже показана принципиальная схема системы подачи газа в двигатель внутреннего сгорания.

Система подачи газа в двигатель внутреннего сгорания содержит двухкамерный карбюратор-смеситель 1 с диффузорами 2 и дроссельными заслонками 3, воздушную полость на входе в карбюратор-смеситель 1, баллон с сжиженным газом 4, газовую магистраль 5, испаритель газа 6, выполненный в виде ресивера с теплообменником, сообщенным с системой охлаждения двигателя, и снабженный входным электромагнитным клапаном 7, электромагнитную форсунку 8, размещенную на выходе из магистрали 5 за дроссельными заслонками 3, дифференциальный датчик давления газа 9, установленный между газовой полостью испарителя 6 и выходом электромагнитной форсунки 8 и имеющий электрическую связь с входным электромагнитным клапаном 7, дифференциальные датчики давления 10 воздуха, установленные между воздушной полостью на входе в карбюратор-смеситель и зоной минимального сечения каждого диффузора 2, и электронный блок управления 11, связанный с датчиком 12 частоты вращения вала двигателя и выполненный в виде двух интеграторов 13, усилителя-преобразователя 14, дифференцирующего звена 15, сумматора 16 и блока-преобразователя 17, при этом первый вход каждого интегратора 13 подсоединен к одному из дифференциальных датчиков давления 10 воздуха, а второй вход каждого интегратора 13 соединен с датчиком 12 частоты вращения вала двигателя, выходы интеграторов 13 подключены соответственно к первому и второму входам усилителя-преобразователя 14, выход которого соединен с первым входом сумматора 16 и через дифференцирующее звено 15 с вторым входом сумматора 16, а выход последнего подключен к первому входу блока-преобразователя 17, второй вход которого соединен с датчиком 12 частоты вращения вала двигателя, введенную в систему вторую электромагнитную форсунку 18, установленную параллельно первой форсунке 8, к которой подключен второй выход блока-преобразователя 17, введенные в электронный блок управления 11 два блока сравнения 19 и 20, задатчик числа оборотов 21 и задатчик эталонного сигнала 22, причем задатчик числа оборотов 21 соединен с первым входом первого блока сравнения 19, второй вход которого соединен с датчиком числа оборотов 12, а выход с третьим входом блока-преобразователя 17, первый вход второго блока сравнения 20 соединен с выходом дифференцирующего звена 15, второй вход с задатчиком эталонного сигнала 22, а выход с четвертым входом блока-преобразователя 17.

Данная система работает следующим образом.

Газ в сжиженном виде подается из баллона 4 в ресивер-испаритель 6, в котором за счет подвода энергии от системы охлаждения двигателя происходит перевод горючего из сжиженного состояния в газообразное. В этом состоянии газ поступает по газовой магистрали 5 и электромагнитным форсункам 18 и 8 в карбюратор-смеситель 1. Постоянный, причем оптимальный с точки зрения эффективного перемешивания газа и воздуха, перепад давления газа между газовой полостью ресивера-испарителя 6 и выходом электромагнитных форсунок 8 и 18 поддерживается с помощью дифференциального датчика 9 давления газа, установленного между этими полостями и по командам с которого открывается или закрывается входной электромагнитный клапан 7, обеспечивающий необходимый подвод газа в ресивер-испаритель 6. В процессе работы двигателя на том или ином режиме (при определенном положении дроссельных заслонок и частоте вращения коленчатого вала двигателя) электрические сигналы с дифференциальных датчиков 10 давления воздуха, установленных в воздушных полостях карбюратора-смесителя 1 и измеряющих перепады давления воздуха между воздушной полостью на входе в карбюратор-смеситель 1 и зонами минимальных сечений диффузоров 2, подаются на интеграторы 13, где обеспечивается интегрирование этих сигналов по командам с датчика 12 частоты вращения коленчатого вала двигателя за период цикла. Далее эти сигналы с интеграторов 13 поступают на усилитель-преобразователь 14, в котором происходит их усиление, суммирование и преобразование расчет по формуле для массового расхода воздуха с учетом коэффициентов расхода и площадей минимальных сечений диффузоров, плотности воздуха, т.е. на выходе из усилителя-преобразователя 14 получается электрический сигнал, являющийся электрическим аналогом массового расхода воздуха за цикл. Затем этот сигнал, поступающий в дифференцирующее звено 15, дифференцируется и умножается на величину времени, учитывающего инерционность элементов системы и период задержки поступления порции топливной смеси в цилиндры ДВС. Сигналы с усилителя-преобразователя 14 и дифференцирующего звена 15 складываются в сумматоре 16 и поступают на первый вход блока-преобразователя 17, где в зависимости от расхода воздуха и частоты вращения коленчатого вала, оцениваемой по командам с датчика 12, определяется скважность и частота срабатывания электромагнитных форсунок 8 и 18, обеспечивающая оптимальное значение соотношения состава получаемой в цикле порции топливной смеси. При работе ДВС на режиме холостого хода число оборотов от датчика 12 сравнивается с сигналом с задатчика 21 в блоке сравнения 19 и выдает сигнал на третий вход блока-преобразователя 17, который в случае необходимости изменяет скважность работы второй электромагнитной форсунки 18, причем при уменьшении числа оборотов ДВС ниже требуемого, определяемого задатчиком числа оборотов 21, первый блок сравнения 19 по рассогласованию сигнала между датчиком оборотов 12 и задатчиком числа оборотов 21 выдает сигнал на третий вход блока-преобразователя 17, который через свой второй выход увеличивает скважность открытия второй электромагнитной форсунки 18, если число оборотов ДВС больше оборотов ХХ, то блок сравнения 19 не выдает сигнал на третий вход блока-преобразователя 17, который обеспечивает лишь минимальную (≈0,5) скважность открытия второй электромагнитной форсунки 18 (при закрытом положении дроссельной заслонки) либо выше (пропорционально сигналу, поступающему на первый вход блока-преобразователя). При увеличении расхода воздуха увеличивается сигнал, подаваемый на первый вход блока-преобразователя 17, увеличивается скважность работы форсунки 18 от 0,5 до 1, которая обеспечивает подачу газа в ДВС на режиме от ХХ до номинального, при этом проходное сечение форсунки подбирается таким образом, чтобы при скважности 0,5 обеспечить минимальные обороты ДВС, а при увеличении расхода воздуха в 2 раза форсунка 18 будет полностью открыта. Дальнейшее увеличение расхода воздуха приводит к открытию основной электромагнитной форсунки, скважность открытия которой будет меняться от 0 до 1. При резком закрытии дроссельной заслонки, уменьшении расхода воздуха, сравниваемого с минимально допустимым (эталонным) от задатчика 22 во втором блоке сравнения 20, последний выдает сигнал на четвертый вход блока-преобразователя 17, который выключает основную электромагнитную форсунку 8 и обеспечивает минимальную скважность работы второй электромагнитной форсунки 18. Такое выполнение системы позволит уменьшить расход и непроизводительные потери газа на режиме вынужденного ХХ.

Таким образом, предлагаемая система подачи газа в карбюраторный двигатель внутреннего сгорания позволяет в сравнении с прототипом при малых оборотах ДВС повысить скважность открытия форсунки, равномерность состава газовоздушной смеси и устойчивость работы двигателя, а также увеличить экономичность ДВС за счет снижения потерь газа на режиме принудительного ХХ.

Формула изобретения

СИСТЕМА ПОДАЧИ ГАЗА В ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащая двухкамерный карбюратор-смеситель с диффузорами и дроссельными заслонками, воздушную полость на входе в карбюратор-смеситель, баллон со сжиженным газом, газовую магистраль, испаритель газа, первую электромагнитную форсунку, размещенную на выходе из магистрали за дроссельными заслонками, и электронный блок управления, связанный с датчиком частоты вращения вала двигателя, отличающаяся тем, что испаритель газа выполнен в виде ресивера с теплообменником, сообщенным с системой охлаждения двигателя, и снабжен входным электромагнитным клапаном, а между газовой полостью ресивера и выходом первой электромагнитной форсунки установлен дифференциальный датчик давления газа с электрической связью с входным электромагнитным клапаном, между воздушной полостью на входе в карбюратор-смеситель и зоной минимального сечения каждого диффузора установлены дифференциальные датчики давления воздуха, причем электронный блок выполнен в виде двух интеграторов, усилителя-преобразователя, дифференцирующего звена, сумматора и блока-преобразователя, а первый вход каждого интегратора подсоединен к одному из дифференциальных датчиков давления воздуха, второй вход соединен с датчиком частоты вращения вала двигателя, причем выходы интеграторов подключены соответственно к первому и второму входам усилителя-преобразователя, выход которого соединен с первым и через дифференцирующее звено с вторым входами сумматора, а выход последнего подключен к первому входу блока-преобразователя, второй вход которого соединен с датчиком частоты вращения вала двигателя, причем выход блока-преобразователя подключен к первой электромагнитной форсунке, а параллельно последней установлена вторая электромагнитная форсунка, к которой подключен второй выход блока-преобразователя, в электронный блок управления введены два блока сравнения, задатчик частоты вращения и задатчик эталонного сигнала, причем задатчик частоты вращения соединен с первым входом первого блока сравнения, второй вход которого соединен с датчиком частоты вращения, а выход с третьим входом блока-преобразователя, первый вход второго блока сравнения соединен с выходом дифференцирующего звена, второй вход с задатчиком эталонного сигнала, а выход с четвертым входом блока-преобразователя.

РИСУНКИ

Рисунок 1