Система топливоподачи двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливной аппаратуре двигателей внутреннего сгорания. Изобретение позволяет упростить конструкцию, снизить трудоемкость изготовления и расширить возможность системы. Система топливоподачи двигателя внутреннего сгорания содержит блок управления, электроуправляемые форсунки с элементами подвода топлива и топливный насос высокого давления. Блок управления выполнен в виде ротора, кинематически связанного с валом двигателя и содержащего контакт, соединенный с источником управляющего напряжения. Контакт ротора имеет возможность взаимодействия при вращении ротора с двумя рядами контактов, расположенных равномерно по окружности аксиально ротору. Причем контакты одного из рядов неподвижны и электрически соединены с одноименными полюсами соответствующих форсунок, а контакты другого ряда соединены между собой общим токопроводом, например, в виде кольца, с возможностью углового смещения их относительно неподвижных контактов и электрически соединены с массой. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к системам впрыска топлива, содержащим электроуправляемые форсунки.

Известны системы управления двигателем, оснащенные форсунками с электромагнитным приводом форсуночной иглы.

В этих системах сигнал управления, возбуждающий соленоид форсунки, представляет собой функцию изменения тока от времени.

Характерным недостатком систем впрыска с электромагнитным управлением является их инерционность и невозможность варьирования ходом клапана (форсуночной иглы) в зависимости от режима работы двигателя, так как клапан связан с якорем, который перемещается от упора до упора.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является система топливоподачи по патенту 2042859, 6 F 02 М 51/06, бюл. 24 от 27.08.95.

В основе работы данной системы лежит принцип управления исполнительным звеном форсунки с помощью электронного устройства, причем процесс движения форсуночной иглы, связанной с исполнительным звеном, варьируется во времени в зависимости от режима работы двигателя. При этом формируемый в виде напряжения сигнал управления при помощи преобразователя "напряжение-ток" превращается в пропорционально изменяющийся ток возбуждения соленоида, который, в свою очередь, управляет исполнительным звеном форсунки, выполненным в виде магнитострикционного стержня.

К недостаткам данной топливосистемы следует отнести сложность конструктивного исполнения ее отдельных элементов, высокую трудоемкость изготовления, связанную с наличием прецизионных деталей, как в форсунке, так и в топливоподводящей аппаратуре.

Кроме того, наличие высокочастотных составляющих в токе возбуждения соленоида форсунки, при некоторых режимах работы двигателя, приводит к наведению вихревых токов в области ферромагнитного стержня, являющихся причиной выделения тепла, что требует соответствующих мер по его отводу.

В основу изобретения положена задача упрощения конструкции, снижения трудоемкости изготовления и расширения возможностей системы управления процессом впрыска топлива.

Технический результат достигается тем, что в системе топливоподачи двигателя внутреннего сгорания (ДВС), содержащей блок управления, электроуправляемые форсунки с элементами подвода топлива и топливный насос, блок управления выполнен в виде ротора, кинематически связанного с валом двигателя и содержащего контакт, соединенный с источником управляющего напряжения, имеющий возможность взаимодействия, при вращении ротора, с двумя рядами контактов, расположенных равномерно по окружности, аксиально ротору, причем контакты одного из рядов неподвижны и электрически соединены с одноименными полюсами соответствующих форсунок, а контакты другого ряда соединены между собой общим токопроводом, например, в виде кольца, с возможностью углового смещения их относительно неподвижных контактов и электрически соединены с массой; - контакт ротора, через резистор соединен с вторичной обмоткой катушки зажигания, а ее первичная обмотка запитана, например, через переменный резистор, от источника тока низкого напряжения через прерыватель, кинематически связанный с валом ротора; - контакт ротора выполнен в виде ролика.

В отличие от существующих систем топливоподачи ДВС, предлагаемая система предполагает использование в своем составе электроуправляемых форсунок, исполнительное звено которых работает по принципу обратного пьезоэффекта и представляет собой пьезоэлектрический стержень, собранный из отдельных элементов, например, из пьезокерамических дисков.

Линейное перемещение стержня и связанного с ним клапана форсунки пропорционально действующему на обкладках дисков напряжению.

Диски в электрической цепи форсунки работают как емкости, в отличие от соленоидов электромагнитной и магнитострикционной форсунок, работающих как индуктивности.

Этим определяется характер сигнала управления, формируемого в виде модулированного по времени импульса напряжения.

Особенностью данной системы, выгодно отличающей ее от существующих, является универсализм, позволяющий значительно расширить границы ее применения.

В частности, она может быть применена как в двигателях с принудительным воспламенением топлива, так и в дизелях.

Это объясняется тем, что форсунка с пьезоэлектрическим исполнительным звеном может работать в широком диапазоне давлений (до 10⁷ Па и выше).

В связи с этим появилась возможность модернизации карбюраторного двигателя в части улучшения его технико-экономических показателей путем незначительной доработки его системы зажигания, которая заключается в замене ротора и крышки в распределителе зажигания, постановке, вместо свечей, пьезоэлектрических форсунок, с элементом накаливания в расширительной полости и установке топливного насоса высокого давления (ТНВД), совмещенного с топливным насосом низкого давления. Карбюратор и связанные с ним узлы и детали, в этом случае, демонтируются за ненадобностью.

При такой модернизации доработанный распределитель зажигания (трамблер), вместе с катушкой зажигания, образуют электромеханическое устройство, выполняющее функцию блока формирования сигнала управления в виде напряжения, модулированного по времени.

Элемент накаливания форсунки позволяет осуществлять процесс сгорания топлива в цилиндре по мере его поступления из-под клапана, обеспечивая, таким образом, полноту сгорания и отсутствие детонации.

Фактически, в данном случае, реализуется дизельный цикл, но при меньших степенях сжатия (до 14), что позволяет использовать без переделки силовой агрегат карбюраторного двигателя, а также применять более дешевые марки топлива.

В состав данной системы входит также одноплунжерный ТНВД, работающий от одного привода с мембранным насосом низкого давления, который вместе с датчиком давления и перепускным клапаном обеспечивают поддержание заданного давления топлива в системе.

При этом отпадает необходимость в точном дозировании цикловых подач топлива, т. к. его избыток возвращается в магистраль низкого давления, что существенно упрощает систему.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства, выполненного на базе карбюраторного двигателя.

Система содержит блок управления 1, включающий в себя вращающийся вокруг оси OO₁ ротор 2 с контактным роликом 3.

В крышке 4 распределителя зажигания, равномерно по окружности аксиально ротору расположены неподвижные контакты 5, количество которых соответствует числу цилиндров двигателя.

В расточке крышки, ниже неподвижных контактов, расположено, с возможностью поворота относительно оси OO₁, токопроводное кольцо 6, внутренний профиль которого имеет выступы, образующие подвижные контакты 7, количество которых также соответствует числу цилиндров двигателя.

Контактный ролик, при вращении ротора, имеет возможность последовательного касания сначала неподвижных контактов 5 и, через определенный интервал времени, определяемый угловым положением кольца 6 - подвижных.

Контактный ролик через резистор 8 электрически соединен с вторичной обмоткой катушки зажигания 9, первичная обмотка которой через прерыватель 10 с разрядным конденсатором 11 и переменный резистор 12 запитана от источника тока низкого напряжения (не показан).

При этом прерыватель кинематически связан с валом ротора, что на схеме показано линией механической связи.

Сигнал управления, снимаемый с неподвижных контактов в виде определенного напряжения, модулированного по времени, подается поочередно, по мере вращения ротора с контактным роликом на каждую из форсунок 13.

Топливо к форсункам подается ТНВД 14 с обратным клапаном 15 по трубопроводам 16. Давление топлива в системе регистрируется датчиком 17.

На крышке распределителя зажигания установлен упорный винт 18, ограничивающий минимальное смещение кольца и обеспечивающий тем самым устойчивую работу двигателя на холостых оборотах.

Угловое смещение кольца и перемещение скользящего контакта переменного резистора 12 осуществляется педалью газа 19.

Система топливоподачи работает следующим образом.

При повороте ключа в замке зажигания в рабочее положение, подается напряжение на элементы накаливания форсунок 13.

Дальнейший поворот ключа запускает стартер, который прокручивает вал двигателя.

Одновременно с этим начинается работа насосов низкого (не показано) и высокого давления 14, а также вращение вала блока управления 1 с ротором 2.

При набегании ролика 3 на один из неподвижных контактов 5, прерыватель 10, кинематически связанный с валом блока 1, разрывает цепь первичной обмотки катушки зажигания 9.

При этом, ток разряда конденсатора 11 индуцирует импульс напряжения во вторичной обмотке катушки 9, который через центральный контакт (не показано) блока управления 1, резистор 8, ролик 3 и неподвижный контакт 5 подаются на исполнительное звено одной из форсунок 13, в результате чего открывается клапан форсунки и осуществляется впрыск топлива в цилиндр.

В процессе впрыска происходит воспламенение топлива при его контакте с элементом накаливания форсунки 13.

При дальнейшем повороте ротора 2, ролик 3, не разрывая электрической цепи с контактом 5, входит в соприкосновение с одним из выступов 7 кольца 6, соединяя вторичную обмотку катушки зажигания 9 с массой. Это приводит к закрытию клапана форсунки 13 и прекращению процесса впрыска.

Таким образом, при полном обороте ротора 2 последовательно включаются в работу все четыре форсунки и осуществляется полный цикл работы двигателя.

Следует отметить, что управление величиной хода клапана форсунки 13 и временем его открытия осуществляется от педали газа 19, кинематически связанной с кольцом 6 и скользящим контактом резистора 12.

При этом ход клапана пропорционален величине напряжения управления, а время открытия пропорционально величине углового смещения выступов 7 кольца 6 относительно неподвижных контактов 5.

В реальных условиях напряжение управления находится в пределах 500-3000 В, а время впрыска до 2 мс, что позволяет использовать имеющиеся в карбюраторном двигателе катушку зажигания и распределитель зажигания (трамблер) с заменой крышки и бегунка.

Начальное угловое смещение кольца 6 устанавливается упорным винтом 18 и соответствует режиму холостого хода двигателя.

Наличие в трамблере центробежного регулятора опережения зажигания, при большой частоте вращения вала блока управления 1, автоматически смещает начало и конец впрыска до 15^o, обеспечивая полноту сгорания топлива.

Такое решение позволяет существенно упростить систему топливоподачи ДВС, в том числе и дизелей, улучшить характеристики двигателя за счет более тонкого управления процессом впрыска.

Кроме того, данное решение позволяет путем незначительной доработки карбюраторного двигателя обеспечить "дизельный цикл" с принудительным воспламенением топлива, не увеличивая степени сжатия.

Следует отметить также, что данная система топливоподачи не критична к попаданию в нее воздуха, поскольку давление в системе не падает до нуля после каждого впрыска.

Формула изобретения

1. Система топливоподачи двигателя внутреннего сгорания, содержащая блок управления, электроуправляемые форсунки с элементами подвода топлива и топливный насос высокого давления, отличающаяся тем, что блок управления выполнен в виде ротора, кинематически связанного с валом двигателя и содержащего контакт, соединенный с источником управляющего напряжения, имеющий возможность взаимодействия, при вращении ротора с двумя рядами контактов, расположенных равномерно по окружности аксиально ротору, причем контакты одного из рядов неподвижны и электрически соединены с одноименными полюсами соответствующих форсунок, а контакты другого ряда соединены между собой общим токопроводом, например, в виде кольца, с возможностью углового смещения их относительно неподвижных контактов и электрически соединены с массой.

2. Система топливоподачи двигателя внутреннего сгорания по п. 1, отличающаяся тем, что контакт ротора через резистор соединен с вторичной обмоткой катушки зажигания, а ее первичная обмотка запитана, например, через переменный резистор от источника тока низкого напряжения через прерыватель, кинематически связанный с валом ротора.

3. Система топливоподачи двигателя внутреннего сгорания по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что контакт ротора выполнен в виде ролика.

РИСУНКИ

Рисунок 1