Устройство электронного управления подачей топлива дизеля транспортного средства

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания для автоматического поддержания заданной частоты вращения коленчатого вала и мощности дизельного двигателя. Техническим результатом является оптимизирование работы дизельного двигателя и снижение расхода топлива. Предложено устройство электронного управления подачей дизельного топлива с добавками водорода в дизельный двигатель, содержащее: электронный блок управления (ЭБУ), первичные преобразователи частоты вращения вала и фазовой отметки распределительного вала, давления масла и наддувочного воздуха, температуры воды и масла дизеля, алюмоводородный генератор с датчиками давления и температуры водорода, на выходе водорода из генератора установлен накопитель с датчиком давления и расходомером водорода. Установлены датчики расхода дизельного топлива, влажности воздуха, тока и напряжения. На входе воздушного ресивера установлены датчики расхода воздуха и водорода, а у топливных насосов высокого давления имеется индуктивный датчик положения выхода реек топливных насосов высокого давления. ЭБУ содержит третий контур регулирования подачей водорода, который соединен последовательно с контуром регулирования частоты вращения вала, причем на выходе третьего контура установлен блок управления подачей водорода, а выходы всех датчиков соединены с ЭБУ. 1 ил.

 

Изобретение относится к дизелестроению, в частности к устройствам управления топливоподачей дизеля, использующих в качестве компонентов топлива водород и предназначенным для автоматического поддержания заданной частоты вращения коленчатого вала и мощности дизеля.

Известна электронная система управления энергоустановкой, включающая в себя электронный блок на базе микроконтроллера, соединенный управляющими выходами с клапаном отсечки водорода высокого давления, клапаном отсечки кислорода высокого давления, двумя клапанами отсечки азота высокого давления и с реле включения вентилятора внешнего охлаждающего контура, пульт управления (соединенный управляющим выходом и информационным входом с электронным блоком на базе микроконтроллера, который соединен с первым информационным входом миникомпьютера, ко второму информационному входу которого подключен аналого-цифровой преобразователь с коммутатором каналов, соединенный с источником питания с гальванической развязкой от силовых цепей энергетической установки, причем информационные входы аналого-цифрового преобразователя соединены с датчиками. [Патент РФ №76728, МПК G05B 19/02, опуб. 27.09.2008 БИ №27, авторов Фофанова Г.А. и Григоровича Д.Н. «Электронная система управления энергоустановкой»].

Недостатком данного технического решения является наличие в конструкции системы баллонов с водородом и кислородом, что повышает степень взрывоопасное™ и снижает эффективность ее использования на транспортном средстве.

Известно устройство электронного управления подачей топлива дизеля транспортного средства, содержащее блок питания, выход которого связан с одним из входов электронного блока управления, первичные преобразователи частоты вращения вала дизеля и фазовой отметки распределительного вала, давления масла и наддувочного воздуха, температуры воды, масла дизеля, преобразователя температуры наружного воздуха, выход каждого из которых связан с соответствующим входом электронного блока управления, блок силовых ключей и электромагнитные клапаны управления топливоподачей насосов высокого давления; электронный блок управления, содержащий связанные друг с другом два контура регулирования, первый из которых, контур регулирования частоты вращения коленчатого вала дизеля, выполнен с возможностью поддержания заданной частоты вращения вала в зависимости от позиции контроллера управления транспортным средством и температуры наружного воздуха, а второй-контур регулирования мощности дизеля выполнен с возможностью формирования сигнала для поддержания требуемой продолжительности подачи топлива в цилиндры в зависимости от заданной частоты вращения вала дизеля и температуры наружного воздуха, причем выход первого контура регулирования электронного блока управления связан с насосами высокого давления, выход второго контура регулирования - с тяговым генератором, а один из входов электронного блока управления - с контроллером управления транспортным средством. [Патент РФ №168613, МПК F02D 41/30, F02D 41/34, F02M 51/00, опуб. 13.02.2017 БИ №5, авторы Поварков И.Л., Антюхин Г.Г., Коссов Е.Е., Корнев А.Н., Фурман В.В., Кирьянов А.Н. «Устройство электронного управления подачей топлива дизеля транспортного средства»].

Недостатком является - отсутствие в устройстве автоматического поддержания заданной частоты вращения коленчатого вала и мощности дизеля при его работе на водородно-дизельной смеси; низкая топливная экономичность и большой расход дизельного топлива.

Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является оптимизация процесса подачи водорода в топливо дизеля транспортного средства при его работе на всех позициях контроллера машиниста, в зависимости от мощности и частоты вращения коленчатого вала дизеля.

Технический результат достигается тем, что в устройство дополнительно введены алюмоводородный генератор с датчиком давления водорода и датчиком температуры водорода, а на выходе водорода из генератора установлен накопитель с датчиком давления водорода, на выходе накопителя установлен регулятор-расходомер водорода с двумя выходами, один - на воздушный ресивер, а другой - через смеситель на вход топливных насосов высокого деления дизеля; в дизеле устройства дополнительно установлены датчик расхода дизельного топлива, измеритель влажности окружающего воздуха, датчики тока и напряжения; на входе воздушного ресивера дизеля дополнительно установлены датчик расхода воздуха и датчик расхода водорода, а у топливных насосов высокого давления дизеля дополнительно установлен индуктивный датчик положения выхода реек топливных насосов высокого давления; в электронный блок управления устройством дополнительно установлен третий контур регулирования подачей водорода, который соединен последовательно с контуром регулирования частоты вращения коленчатого вала дизеля, причем на выходе третьего контура установлен блок управления подачей водорода, один выход которого соединен со вторым входом регулятора-расходомера водорода, а второй - с входом алюмоводородного генератора, причем выходы всех дополнительно установленных датчиков соединены с электронным блоком управления всего устройства.

Введение в устройство электронного управления подачей топлива дизеля транспортного средства алюмоводородного генератора с датчиками давления и температуры, дополнительного контура регулирования подачи водорода, измерителя влажности окружающего воздуха, датчика тока и напряжения генератора; у воздушного ресивера - датчика расхода наддувочного воздуха и расхода водорода; индуктивного датчика положения реек топливных насосов высокого давления - все это обеспечивает оптимизацию процесса подачи водорода в топливо дизеля транспортного средства при его работе на всех позициях контроллера машиниста в зависимости от мощности и частоты вращения коленчатого вала дизеля.

На фиг. представлена блок-схема устройства электронного управления подачей топлива дизеля транспортного средства.

Устройство электронного управления подачей топлива транспортного средства состоит: блок питания 1, электронный блок управления устройства 2, включающий контур регулирования частоты вращения коленчатого вала 3 и контур регулирования мощности 4, установленные на дизеле 5 первичные преобразователи частоты вращения вала дизеля 6 и фазовой отметки распределительного вала 7, давление масла 8 и наддувочного воздуха 9, температуры воды 10 и температуры масла 11 дизеля, температуры наружного воздуха 12, блок силовых ключей 13, электромагниты, управляющие клапанами топливных насосов 14, топливные насосы высокого давления 15, блок управления возбуждением тягового генератора дизеля 16, возбудитель тягового генератора 17, тяговый генератор 18, контроллер управления транспортным средством 19, третий контур регулирования подачей водорода 20, блок управления подачей водорода 21, датчик расхода дизельного топлива 22, измеритель влажности окружающего воздуха 23, датчик тока 24 и датчик напряжения 25 тягового генератора, датчик расхода воздуха 26, датчик расхода водорода 27, индуктивный датчик положения реек топливных насосов высокого давления 28, алюмоводородный генератор 29, датчик давления водорода 30 и его датчик температуры на выходе из алюмоводородного генератора 31, датчик давления водорода на накопителе 32, накопитель водорода 33, воздушный ресивер дизеля 34, регулятор-расходомер водорода 35, смеситель 36 и линия подачи водорода 37.

Устройство работает следующим образом на различных режимах.

Работа при запуске дизеля.

После завершения подготовки дизеля 5 к пуску, система смазки обеспечивает необходимые условия для безопасного вращения коленчатого вала дизеля. Система топливоподачи обеспечивает подачу топлива к топливным насосам высокого давления 15, а система запуска - включение питания стартер-генератора дизеля, электронный блок управления 2, получающий питание, от блока питания 1, выдает сигнал, передаваемый на электромагниты 14 от блока силовых ключей 13, о времени начала и продолжительности подачи топлива в каждый цилиндр дизеля. При формировании этого сигнала в контуре регулирования частоты вращения вала 3 дизеля учитывается заданная частота вращения вала на режиме холостого хода, а также предусмотренное снижение продолжительности подачи топлива при достижении предельно допустимого значения сигналов первичных преобразователей частоты вращения вала 6 дизеля, фазовой отметки распределительного вала 7, давления масла 8 и давления надувочного воздуха 9, температуры воды 10 и температуры масла 11 дизеля. Одновременно с этим осуществляется запуск алюмоводородного генератора 29, принцип работы которого основан на гидролизе алюминия.

Работа на холостом ходу дизеля.

После запуска дизеля 5 и работе его на холостом ходу в работу устройства задействуется контур регулирования подачи водорода 20, в состав которого входит блок управления подачей водорода 21, алюмоводородный генератор 29 и регулятор-расходомер водорода 35.

В процессе функционирования алюмоводородного генератора 29 через накопитель водорода 33 водород начинает подаваться в регулятор-расходомер водорода 35. Регулятор-расходомер водорода 35 при получении сигнала о запуске дизеля 5 и о его работе на холостых оборотах, контролируемых датчиком частоты вращения коленчатого вала дизеля 6, устанавливает подачу водорода из накопителя водорода 33 в количестве необходимом для режима работы дизеля на холостом ходу. При этом в электронный блок управления 2 устройства подаются сигналы о температуре получаемого водорода через датчик 30 и его давлении через датчик 31 при выработке водорода алюмоводородным генератором 29. Также в электронный блок управления 2 поступает сигнал через датчик 32 о давлении водорода в накопителе. Необходимость введения данных параметров позволяет осуществлять контроль работы получения водорода на борту транспортного средства и в случае превышения их нормируемых значений переводить устройство в аварийный режим (отключения подачи водорода и включения режима работы дизеля на дизельном топливе).

При работе устройства подача водорода в дизель 5 может осуществляться двумя способами: через регулятор-расходомер водорода 35 и воздушный ресивер 34 или через регулятор-расходомер водорода 35 и смеситель 36.

При этом в первом случае предлагаемое устройство управляет подачей дизельного топлива с добавкой водорода через воздушный ресивер 34, на котором установлены датчик расхода воздуха 26 и датчик расхода водорода 27, необходимые также для контроля процесса бездетонационной работы дизеля. Воздух, попадая в воздушный ресивер из атмосферы, проходит через датчик расхода воздуха 27, смешиваясь с водородом, образует гомогенную водородо-воздушную смесь и поступает в дизель 5 через датчик расхода воздуха 26. Для предотвращения детонации водорода в воздушном ресивере, водород подается в воздушный ресивер 34 в количестве не более 4% от массы воздуха, за счет настройки регулятора-расходомера водорода 35 на режиме холостого хода дизеля 5. Расход воздуха контролируется датчиком расхода воздуха 26, а расход водорода контролируется датчиком расхода водорода 27, а также регулятором-расходомером водорода 35.

Во втором случае - устройство управляет подачей водородно-дизельной смесью, т.е. рабочий процесс дизеля транспортного средства осуществляется на дизельном топливе обогащенным водородом. Водород начинает подаваться из накопителя водорода 33 через его регулятор-расходомер 35 по линии в смеситель 36 для обогащения дизельного топлива водородом, а из него по линии 37 через топливные насосы 15 в дизель 5. Контроль количества обогащенного водородом дизельного топлива осуществляется датчиком частоты вращения коленчатого вала дизеля 6, индуктивным датчиком 28 выхода реек топливных насосов 15 и датчиком расхода топлива 22.

Дизель 5 транспортного средства может работать на холостом ходу при различном положении контроллера управления машиниста (например, при реостатных испытаниях) 19. При работе на каждой позиции контроллера в контуре регулирования частоты вращения коленчатого вала 3 дизеля определяется для каждого конкретного случая работы заданная частота вращения коленчатого вала в зависимости от температуры наружного воздуха 12 и его влажности 23, а также от количества водорода подающегося в рабочий процесс дизеля. Контур регулирования подачи водорода 3 поддерживает заданную частоту вращения вала за счет изменения продолжительности подачи водорода и дизельного топлива в цилиндры дизеля.

Работа на режимах тяги транспортного средства.

При включении тяговой передачи транспортного средства дизель 5 может работать под нагрузкой при различном положении контроллера управления 19 (по всей нагрузочной характеристике). При этом заданная продолжительность подачи топлива на каждом положении контроллера управления и заданная частота вращения коленчатого вала дизеля определяются в зависимости от температуры и влажности наружного воздуха, а также от количества водорода подаваемого в рабочий процесс дизеля. Контроль оптимальной работы устройства также осуществляется путем измерения тока и напряжения тягового генератора с помощью датчиков 24 и 25 соответственно. Контур регулирования мощности 4 дизеля, включающий в себя блок управления возбуждением тягового генератора дизеля 16, поддерживает заданное значение продолжительности подачи топлива с добавками водорода в цилиндры дизеля за счет изменения возбуждения тягового генератора 18 посредством его возбудителя 17. Контур регулирования частоты вращения коленчатого вала 3 поддерживает заданное значение частоты за счет изменения продолжительности подачи топлива в цилиндры дизеля. Контур регулирования подачи водорода в зависимости от положении контроллера управления 19, частоты вращения и измеренной мощности дизеля осуществляет регулировкой производительности алюмоводородного генератора 29 и, как следствие, автоматическую перестройку регулятора-расходомера водорода 35 на необходимый расход подачи водорода, который зависит в свою очередь от выхода реек топливных насосов, измеряемых индуктивным датчиком 28 и расхода воздуха, измеряемого датчиком расхода 26.

Для повышение топливной эффективности и надежности дизеля транспортного средства электронный блок управления 2 через контуры регулирования частоты вращения коленчатого вала 3, мощности 4 и контур регулирования подачи водорода 20 переводит дизель на режим работы оптимальной мощности и частоты вращения коленчатого вала, на которых работа дизеля более надежна, а сами режимы более экономичны по расходу. дизельного топлива.

Предлагаемое устройство электронного управления подачей топлива в дизель транспортного средства позволяет с добавками водорода оптимизировать процесс работы дизеля и сократить расход дизельного топлива на 5-7%.

Устройство электронного управления подачей дизельного топлива с добавками водорода в дизель транспортного средства, содержащее блок питания, выход которого связан с одним из входов электронного блока управления, первичные преобразователи частоты вращения вала дизеля и фазовой отметки распределительного вала, давления масла и наддувочного воздуха, температуры воды и масла дизеля, выход каждого из которых связан с соответствующим входом электронного блока управления, блок силовых ключей и электромагнитные клапаны управления топливоподачей насосов высокого давления, размещенным на дизеле первичным преобразователем температуры наружного воздуха, выход которого связан с входом электронного блока управления, содержащего связанные друг с другом два контура регулирования, первый из которых, а именно контур регулирования частоты вращения коленчатого вала дизеля, выполнен с возможностью поддержания заданной частоты вращения вала в зависимости от позиции контроллера управления транспортным средством и температуры наружного воздуха, а второй - контур регулирования мощности дизеля выполнен с возможностью формирования сигнала для поддержания требуемой продолжительности подачи топлива в цилиндры в зависимости от заданной частоты вращения коленчатого вала дизеля и температуры наружного воздуха, причем выход первого контура регулирования электронного блока управления связан с насосами высокого давления, выход второго контура регулирования - с тяговым генератором, а один из входов электронного блока управления - с контроллером управления транспортным средством, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены алюмоводородный генератор с датчиком давления водорода и датчиком температуры водорода, на выходе водорода из генератора установлен накопитель с датчиком давления водорода, а на выходе накопителя установлен регулятор-расходомер водорода с двумя выходами, один - на воздушный ресивер, а другой - через смеситель на вход топливных насосов высокого деления дизеля; в дизеле устройства дополнительно установлены датчик расхода дизельного топлива, измеритель влажности окружающего воздуха, датчики тока и напряжения; на входе воздушного ресивера дизеля дополнительно установлены датчик расхода воздуха и датчик расхода водорода, а у топливных насосов высокого давления дизеля дополнительно установлен индуктивный датчик положения выхода реек топливных насосов высокого давления; в электронный блок управления устройством дополнительно установлен третий контур регулирования подачей водорода, который соединен последовательно с контуром регулирования частоты вращения коленчатого вала дизеля, причем на выходе третьего контура установлен блок управления подачей водорода, один выход которого соединен со вторым входом регулятора-расходомера водорода, а второй - с входом алюмоводородного генератора, причем выходы всех дополнительно установленных датчиков соединены с электронным блоком управления всего устройства.