Способ центрального впрыска топлива в двигатель внутреннего сгорания

 

Использование: изобретение обеспечивает возможность реализации системы центрального впрыска и дозирование газообразного или жидкого топлива в ДВС любой мощности, при любом заданном количестве цилиндров и любом их суммарном объеме, а также при любых заданных максимальных оборотах коленчатого вала ДВС. Сущность изобретения: в центральном дозаторе топлива, выполненном в виде совокупности нескольких /N/ одинаковых конструктивно простых медленновоздействующих топливных клапанов /ТК/, каждый ТК сигналом по отдельной цепи от электронного блока управления /ЭБУ/ периодически открывается на отрезок времени дозирования топлива, не превышающей суммы N периодов максимально возможной частоты следования импульсов от датчика оборотов или от системы зажигания ДВС, и впрыскивает при этом 1/N долю необходимого для данного режима работы ДВС количества топлива. Число N при заданных параметрах ДВС определяется только возможностью надежной реализации упрощенных требований к отдельному ТК. Чем больше число N, тем большим можно допустить время открывания и закрывания ТК, тем меньше топлива он коммутирует и тем меньше величина хода подвижной части клапана. Моменты начала открывания каждого ТК, определяемые ЭБУ, повторяются периодически с частотой в N раз меньшей текущей частоты следования импульсов датчика оборотов, а фазы моментов начала открывания отдельных ТК в ЦДТ относительно друг друга равномерно сдвинуты циклически во времени на величину текущего интервала между двумя соседними импульсами датчика оборотов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области управления подачей топлива в двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Оно может быть использовано в системах питания автомобильных, авиационных, судовых и других многоцилиндровых высокооборотных ДВС с центральным впрыском газообразного или жидкого топлива.

Известны системы центрального впрыска топлива в ДВС (патент США N 4718383, кл. F 02 M 7/00, 1988; заявка Великобритании N 1556998, кл. F 02 M 51/02, 1988). Но в качестве прототипа целесообразно рассмотреть систему центрального впрыска топлива фирмы BOSCH, представленную на интернациональном конгрессе и выставке в Детройте, Мичиган в феврале 1987, а также на международной выставке в Москве в 1989. Эта система содержит датчик оборотов ДВС, датчик угла поворота дроссельной заслонки и другие датчики, соединенные с электронным блоком управления, выход которого через усилитель подключен к центральному дозатору топлива, выполненному с использованием электромагнитного клапана-форсунки.

Реализованный в указанных системах способ центрального впрыска основан на времяимпульсном дозировании топлива прецизионными быстродействующими клапанами-форсунками в очень малом интервале времени, определяемом длительностью такта всасывания в одном цилиндре при максимальных оборотах ДВС.

Поэтому указанные системы не могут обеспечить центральный впрыск топлива при существенном увеличении мощности ДВС, которая может быть достигнута, например, совокупностью следующих параметров: увеличением числа цилиндров ДВС (например, больше 8); увеличением максимальных оборотов коленвала ДВС (например, больше 10000 об/мин); увеличением суммарного объема цилиндров ДВС (например, больше 10 литров).

Указанные системы не могут также обеспечить центральный впрыск в ДВС газообразного топлива.

Причиной ограниченности возможностей существующих систем центрального впрыска является то, что при увеличении числа цилиндров ДВС, их суммарного объема, при росте максимальных оборотов ДВС и его мощности очень сильно ужесточаются временные, объемно-пропускные, ресурсно-надежностные, конструктивные, технологические, электромагнитные и эксплуатационные требования, предъявляемые к центральному дозатору топлива, в частности к используемым в нем прецизионным клапанам-форсункам. Причем для газообразного топлива ужесточение этих требований происходит быстрее, чем для жидкого топлива.

При указанных выше (заданных для примера) параметрах ДВС в существующих дозаторах клапан-форсунка для центрального впрыска жидкого, и тем более газообразного топлива, практически не может быть реализован, так как в этом случае электромагнитный клапан-форсунка должен бы был гарантированно обеспечить при более высокой производительности время одного полного цикла впрыска топлива (открывание, дозирование, закрывание) в режиме максимальной мощности ДВС менее 1,5 мс, а в режиме холостого хода ДВС менее 0,4 мс, что практически невыполнимо.

Задачей изобретения являются: обеспечение возможности реализации системы центрального впрыска газообразного (а также жидкого) топлива под давлением в ДВС любой требуемой мощности, с любым заданным числом цилиндров, с любым суммарным объемом цилиндров, с любыми максимальными оборотами коленчатого вала при сохранении всех положительных качеств, присущих системам с впрыском топлива высокой точности дозирования топлива, высокой экономичности расхода топлива и выполнения требований современных экологических норм на ДВС; существенное упрощение требований к временным и объемно-пропускаемым параметрам топливных клапанов (ТК), используемых в центральном дозаторе топлива; увеличение ресурса работы центрального дозатора топлива, повышение эксплуатационной надежности системы центрального впрыска в целом.

Задача решается тем, что в способе центрального впрыска газообразного или жидкого топлива, включающем времяимпульсное дозирование топлива в системе питания ДВС, обеспечивающей поддержание давления топлива на входе центрального дозатора, содержащего N топливных клапанов, формирование электронным блоком управления с привязкой к синхронизирующим импульсам от датчика оборотов ДВС каждому топливному клапану индивидуальной последовательности открывающих импульсов, каждый из N топливных клапанов сигналом по отдельной цепи от электронного блока управления периодически открывают на отрезок времени дозирования топлива, не превышающей суммы N периодов максимально возможной частоты следования импульсов от датчика оборотов ДВС, впрыскивая за время открытия одного топливного клапана 1/N долю дозируемого для данного режима работы ДВС количества топлива, при этом моменты начала открывания каждого топливного клапана повторяют периодически с частотой в N раз меньшей частоты следования импульсов от датчика оборотов ДВС, а фазы моментов начала открывания отдельных топливных клапанов относительно друг друга равномерно сдвигают циклически во времени на величину текущего интервала между двумя соседними импульсами датчика оборотов ДВС. В качестве импульсов датчика оборотов ДВС используют импульсы от системы зажигания ДВС.

На фиг.1 представлена функциональная схема системы центрального впрыска топлива в ДВС; на фиг. 2 приведены временные диаграммы, поясняющие ее работу.

Система питания ДВС 1, реализующая предлагаемый способ центрального впрыска топлива, содержит тракт топлива, в который входят последовательно соединенные резервуар 2 топлива, топливный фильтр 3, магистральный клапан 4 топлива, устройство 5 обеспечения постоянного давления топлива, центральный дозатор 6 топлива (ЦДТ), смеситель 7 топлива с воздухом, поступающим от дозатора 8 воздуха 9. Электронный блок 10 управления (ЭБУ) получает информацию от датчика 11 импульсов системы зажигания (датчика оборотов), а также от других датчиков 12 ДВС. ЭБУ 10 управляет индивидуально по отдельным цепям 13 с частотой, длительностью и фазой открытия каждого дозирующего ТК 14, 15, 16 в ЦДТ 6.

В ЦДТ 6 устанавливается несколько (N) конструктивно простых медленнодействующих ТК 14, 15, 16, суммарная производительность которых и последовательность работы по описанному ниже алгоритму может обеспечить любой многоцилиндровый ДВС требуемым количеством и качеством топливной смеси в интервале всего диапазона оборотов коленвала и нагрузки.

В соответствии с этим алгоритмом каждый ТК а ЦДТ должен полностью открываться импульсом от ЭБУ на отрезок времени дозирования топлива, не превышающий суммы N периодов максимально возможной частоты следования импульсов от системы зажигания ДВС. Выбрав число N достаточно большим, можно обеспечить большие легко реализуемые времена открывания, полностью открытого состояния и закрывания ТК простейшей конструкции.

ЭБУ 10 обеспечивает индивидуально по отдельной цепи каждому ТК в ЦДТ 6 выдачу последовательности одинаковых по амплитуде и длительности открывающих импульсов 18, 19, 20 с частотой в N раз меньшей текущей частоты следования импульсов 17 от системы зажигания, зависящей от текущих оборотов коленвала ДВС. Длительность формируемых ЭБУ импульсов определяет степень дозирования топлива в данном режиме работы ДВС.

Указанные индивидуальные последовательности импульсов для каждого ТК в ЦДТ циклически сдвинуты по фазе относительно друг друга на величину текущего интервала между двумя соседними импульсами зажигания во всем диапазоне оборотов коленвала ДВС.

При наличии в ЦДТ N ТК, каждый из них будет коммутировать 1/N долю дозируемого для данного режима ДВС топлива, что позволяет в N раз уменьшить площадь сечения жиклерного отверстия в каждом отдельном ТК и в раз уменьшить ход его подвижного элемента. Это обеспечивает уменьшение времени открывания и закрывания ТК, что наиболее существенно при дозировании газообразного топлива.

Большие допустимые времена открывания и закрывания ТК уменьшают ускорения и скорости перемещения подвижных частей ТК, ударные нагрузки в нем. Как следствие, уменьшается износ ТК, повышается ресурс его работы и надежность. Появляется возможность использования в конструкции ТК менее дефицитных материалов, возможность упрощения конструкции ЦДТ и технологии его изготовления, уменьшения мощности, необходимой для обеспечения работы одного ТК. Все это приводит к увеличению эксплуатационной надежности системы центрального впрыска топлива в целом.

В качестве примера рассмотрим возможный вариант реализации устройства центрального впрыска газообразного топлива для четырех-цилиндровых ДВС с максимальным числом оборотов, равным 6000 об/мин. В этом случае максимальная частота следования импульсов зажигания равна 200 имп/сек. Соответственно минимальный период между двумя соседними импульсами равен 5 мсек. Зададимся некоторыми исходными данными.

Предположим, что легко реализуется дозирующий ТК с временем открывания равным 3 мсек и временем закрывания тоже равным 3 мсек. Предположим также, что количество топлива, впрыскиваемое одним ТК за суммарное время его открывания и закрывания (6 мсек), равно количеству топлива, впрыскиваемого полностью открытым ТК в течение 3 мсек, и достаточно для обеспечения дозирования в режиме холостого хода.

Пусть в расчете на один цикл работы одного цилиндра ДВС отношение между максимально и минимально впрыскиваемыми дозами топлива (при предельной нагрузке и на оборотах холостого хода соответственно) составляет 4.

Тогда в режиме максимальной нагрузки ДВС время откpытия ТК должно быть равным 3 мсек х 4 12 мсек.

При принятых исходных данных интервал одного цикла работы ТК, обеспечивающий работу ДВС во всем диапазоне режимов, должен составлять не менее 12 мсек + 3 мсек 15 мсек.

Здесь второе слагаемое является временем закрывания ТК. Поэтому примем интервал одного цикла работы одного ТК равным 15 мсек.

Для определения числа N необходимо этот интервал времени разделить на период максимально возможной частоты следования импульсов зажигания N 15 мсек 5 мсек 3 Таким образом, в нашем примере ЦДТ должен содержать три простых дозирующих ТК. При этом через площадь сечения жиклерного отверстия каждого ТК будет проходить 1/3 часть необходимого для работы ДВС количества топлива.

Работа четырехцилиндрового ДВС с трехклапанных ЦДТ иллюстрируется временными диаграммами, приведенными на фиг. 2 для числа оборотов, равного 6000 об/мин при частично открытой воздушной заслонке. На фигуре показаны: последовательность 17 импульсов зажигания с периодом, равным 5 мсек; фазы трех циклически сдвинутых последовательностей импульсов 18, 19, 20 напряжения одинаковой длительности, формируемых ЭБУ отдельно для каждого ТК в ЦДТ; диаграммы 21, 22, 23 работы трех ТК в ЦДТ.

Формула изобретения

1. Способ центрального впрыска газообразного или жидкого топлива, включающий времяимпульсное дозирование топлива в системе питания двигателя внутреннего сгорания, обеспечивающей поддержание давления топлива на входе центрального дозатора, содержащего N топливных клапанов, формирование электронным блоком управления с привязкой к синхронизирующим импульсам от датчика оборотов двигателя внутреннего сгорания каждому топливному клапану индивидуальной последовательности открывающих импульсов, отличающийся тем, что каждый из N топливных клапанов сигналом по отдельной цепи от электронного блока управления периодически открывают на отрезок времени дозирования топлива, не превышающий суммы N периодов максимально возможной частоты следования импульсов от датчика оборотов двигателя внутреннего сгорания, впрыскивая за время открытия одного топливного клапана 1/N долю дозируемого для данного режима работы двигателя внутреннего сгорания количества топлива, при этом моменты начала открывания каждого топливного клапана повторяют периодически с частотой в N раз меньшей частоты следования импульсов от датчика оборотов двигателя внутреннего сгорания, а фазы моментов начала открывания отдельных топливных клапанов относительно друг друга равномерно сдвигают циклически во времени на величину текущего интервала между двумя соседними импульсами датчика оборотов двигателя внутреннего сгорания.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве импульсов датчика оборотов двигателя внутреннего сгорания используют импульсы от системы зажигания двигателя внутреннего сгорания.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2