Устройство для подачи топлйвовоздушной смеси

 

289635

О П И С А Й И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимый от патента №

МПК F 02m 9 02

G 05d 16/16

G 05d 23/13

Заявлено 17.1Ч.1969 (№ 1326599/24-6)

Приоритет 17.IV.1968 № 721994. США

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

Опубликовано 08.XII.1970. Бюллетень ¹ 1 за 1971

УДК 621.43.037.21 (088.8) Дата опубликования описания 5.III.1971

Автор изобретения

Иностранец

Джеффри М. Лазар (Соединенные Штаты Америки) Иностранная фирма

«Ханивелл Инкорпорейтед» (Соединенные Штаты Америки) Заявитель

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДАЧИ ТОПЛИВОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ

Изобретение относится к област и двигателестроения, в частности к устройствам для подачи топливовоздушной смеси, Известны устройства для подачи топливовоздушной смеси в двигатель внутреннего сгорания, преимущественно поршневой, содержащие установленную на всасывающем трубопроводе форсунку, подключенную к топливному насосу, и рызмещенный в корпусе регулирующий клапан со штоком, кинематпчески 10 связанный с сервоприводом, соединенным с выходными соплами каскада струйных элементов, имеющих силовые, управляющие и выходные сопла.

Предлагаемое устройство отличается от из- 15 вестных тем, что, с целью получения оптимального соотношения топливо †возд, в трубогроводе установлены датчики температуры, давления и скорости воздуха с преобразователями сигналов в виде, переменного давления, 20 подключенными к управляющим соплам элементов.

Для обеспечения весового расхода топливы независимо от перепада давления на штоке клапана установлена диафрагма, образующая 25 с корпусом две рабочие полости, одна из которых подключена к выходу насоса, а другая — к выходу клапана.

Кроме того, в корпусе клапана установлен датчик температуры топлива с преобразователем сигнала в виде перемеш|ого давления, подключенным к управляющим соплам элементов.

Трубопровод снабжен соилом Вентурн н размещенной за ним дроссельной заслонкой, а каскад выполнен по меньшей мере на четырех струйных элементах, первый из которых соединен с преобразователем датчика скорости, выполненного в виде отборов с гатнческого давления до и в горловине сопла Вентурн, подключенных к противолежащим управляющим соплам первого элемента, и с преобразователем датчика те»IIepalypII, выполненного в виде капилляры II дросселя, нодклнгченных к источнику сжатого воздуха и к другим противолежащим управляющим соплам первого элемента, а второй струйный элемент соедннеII с преобразователем датчика давления, выполненного в виде отбора статического давления до сопла Вентури, соединенного через второй и третий дроссели с источником сжатого воздуха и управляющим соплом второго элемента, а противоположное управляющее сопло соединено с источником сжатого воздуха через четвертый дроссель.

Для изменения подачи топлива только при

289635

65 резких колебаниях нагрузки двигателя третий струйный элемент соединен с отбором давления, установленным в трубопроводе за дроссельной заслонкой и подключенным к управляющему соплу третьего элемента через пятый дроссель и противоположному управляющему соплу через включенные последовательно шестой дроссель и емкость.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства; на фнг. 2 — вариант устройства для Ч-образного двигателя.

Устройство для подачи топливовоздушной смеси в поршневой двигатель внутреннего сгорания содержит установленную на всасывающем трубопроводе 1 форсунку 2, подключенную к топливному насосу 8. Трубопровод соединен при помощи болтов 4 с впускным коллектором 5 двигателя. На входе трубопровода установлен фильтр 6 для очистки воздуха и сопло 7 Вентури. Полость 8 трубопровода образует смесительную камеру, в которой для лучшего неремешивация топлива и воздуха установлен турбулизатор 9, выполненный, например, в виде подвижных или неподвижных лопастей.

В нижней части трубопровода установлена дроссельная заслонка 10, изменяющая количество поступающей в двигатель топливовоздушной смеси. Заслонка размещена на поворотной оси 11, смешенной относительно продольной оси трубопровода так, что пониженное давление в коллекторе 5 стремится закрыть заслонку. Между форсункой 2 и,насосом 8 включен размещенный в корпусе 12 регулирующий клапан 18. Корпус клапана соединен при помощи трубопровода 14 с форсункой 2 и трубопровода 15 — с насосом 8, на выходе которого может быть установлен отсечной клапан 16. Корпус 12 выполнен за одно целое с корпусом сервопривода, имеющего рабочие пневматические полости 17 и 18, разделенные между собой диафрагмой 19, установленной на штоке 20 клапана. В корпусе клапана выполнены входная топливная камера

21, выходная топливная камера 22 и компенсирующая камера 28. Камеры 21 и 22 разделены перегородкой 24, в которой смонтировано седло 25 клапана 18, регулирующего поток топлива между ними. Шток 20 клапана с другой стороны соединен с диафрагмой 26, разделяющей камеры 22 и 28. Клапан 13 перемещается под воздействием диафрагмы 19 сервопривода и диафрагмы 26 компенсирующей камеры 28 вследствие перепада давлений в полостях 17 и 18 и камерах 22 и 28, При перемещении клапана 18 изменяется проходное сечение седла 25, вследствие чего регулируется подача топлива к форсунке 2. Полости 17 и 18 соединены соответственно трубопроводами 27 и 28 с выходными соплами 29 и 80 каска,з,а струйных элементов, соединенных с преобразователями датчиков температуры, скорости и давления воздуха в трубопроводе. Подача топлива зависит от весового расхода воздуха.

Сигналы, подаваемые на сервопривод, генерируются регулятором 31, содержащим каскад из четырех струйных элементов 82 — 85, каждый из которых соответственно имеет силовое сопло 86 — 89, первую пару противолежащих управляющих сопел 40 — 48 и 44 — 47, втору1о пару противолежащих управляющих сопел

48 — 51 и 52 — 55 и по два выходных сопла 56—

59 и 60 — 68.

Источник 64 очищенного воздуха, находящегося под избыточным давлением, соединен с подводящим трубопроводом 65 через клапан

66. Силовые сопла 86 — 89 соединены с трубопроводом 65 при помощи подводящих патрубков 67 — 70. Выходные сопла 56 и 60 первого струйного элемента 82 соединены при помощи патрубков 71 и 72 с управляющими соплами

41 и 45. Выходные сопла 57и 61 второго струйного элемента 88 соединены при помощи патрубков 78 и 74 с управляющими соплами 42 и

46, Выходные сопла 58 и 62 соединены при помощи патрубков 75 . 76 . управляющими соплами 48 и 47. Выходные сопла 59 и 68 соединены при помощи трубопроводов 77 и 78 с соплами 29 и 80 каскада струйных элементов. Регулятор 81 получает сигналы в виде переменного давления от преобразователей датчиков температуры, давления и скорости воздуха.

Датчик скорости воздуха с преобразователем содержит сопло Вентури, отбор 79 статического давления до сопла Вентури и отбор 80 статического давления в горловине сопла Вентури. Отбор 79 подключен к управляющему соплу 40 при помощи трубопровода 81 через камеру 82 статического давления и трубопровод 88, а отбор 80 подключен к противоположному управляющему соплу 44 при помощи трубопровода 84.

Датчик температуры воздуха с преобразователем содержит капилляр 85, расположенный в трубопроводе 1. Один конец капилляра

85 через трубопровод 86 соединен с трубопроводом 65. Второй конец капилляра 85 соединен трубопроводом 87 с управляющим соплом

48, а противоположное сопло 52 подключено к трубопроводу 65 через дроссель 88.

Датчик давления воздуха с преобразователем содержит трубопровод 89 со вторым дросселем 90, подключенный к управляющему соплу 49 второго струйного элемента, и трубопровод 91 с третьим и четвертым дросселями 92 и 98, подключенный к трубопроводу 65 и камере 82 статического давления, соединенной с отбором 79.

Управляющее сопло 58 соединено с трубопроводом 91 при помощи натрубка 94 в точке, расположенной между третьим и четвертым дросселями. Для изменения подачи топлива только при резких колебаниях нагрузки третий струйный элемент 84 соединен с отбором

95 статического давления, установленным в коллекторе 5. Отбор 95 через трубопровод 96 с пятым дросселем 97 подключен к управляющему соплу 50 и через трубопровод 98 с шестым дросселем 99 и емкостью 100 — к проти289635 воположному управля ощему соплу 54. Дроссели 97 и 99 выполнены одинаковыми, а комбинация дросселя 99 с емкостью 100 обеспечивает чувствительность устройства только и резким изменением давления в коллекторе 5.

Устройство для подачи топливовоздушной смеси содержит также датчик температуры топлива с преобразователем, выполненный в виде капилляра 101, расположенного в камере 21. Один конец капилляра 101 соединен с трубопроводом 65, а второй через трубопровод 102 — с управляющим соплом 51. Противоположное управляющее сопло 55 соединено с трубопроводом 65 через дроссель 108.

Устройство работает следующим образом.

При работе двигателя в коллекторе 5 образуется разрежение, и воздух из атмосферы засасывается через фильтр 6 в трубопровод 1.

Вследствие этого при подаче форсункой 2 топлива в полости 8 образуется топливовоздушная смесь, поступающая в двигатель. Количество смеси определяется положением заслонки 10 и перепадом давления на ней. Для поддержания оптимального соотношения топливо — воздух в смеси служит регулятор 81, обеспечивающий весовой расход топлива в завиcимости от весового расхода воздуха. Очищенный воздух под давлением от источника 64 подводится к силовым соплам струйных элементов и к определенным датчикам, а топливо под давлением подается к регулирующему клапану 18. В качестве источника 64 сжатого воздуха может быть использован компрессор с приводом от двигателя. Топливный насос 3 также может приводиться от двигателя. При пуске двигателя насос 8 подает необходимое для этого количество топлива. Кроме этого, регулирующий клапан 18 может быть выполнен так, что при отсутствии управляющего сигнала он пропускает определенное количество топлива, необходимое для пуска. Требуемое обогащение смеси при пуске обеспечивается ручной или автоматической регулировкой положения заслонки 10. Регулятор 81 можно питать от постороннего источника, например воздушного аккумулятора. Возможно применение каких-либо других средств, обеспечивающих требуемую подачу топлива при пуске двигателя.

Когда источник 64 сжатого воздуха работа. ет и клапа н 66 открыт, то воздух под давлением подводится к силовым соплам 86 — 39 и вытекает из них. Работа всех струйных элементов аналогична.

При отсутствии разности давлений сигналов, поступающих к управляющим соплам

40 — 44 и 48 — 52, поток воздуха из силового сопла 86 поровну делится на потоки, проходящие через выходные сопла 56 и 60, так что сигналы на выходе элемента не будут иметь разности давлений. Однако, если на одну или обе пары противоположных управляющих сопл элемента будут поступать сигналы с разностью давления, то и на выходных соплах 56 и 60 будут различные давления. Если давле5

65 ние в сопле 40 будет больше давления в сопле 44, то давлеш.е в выходном сопле 56 будет больше давлешгя в сопле 60. Точно также, если давление в сопле 48 больше давления в сопле 52, то давление в сопле 56 будет боль це давления в сопле 60. Сопло 7 Вентури с отборами 79 и 80 статического давления выдает сигналы, пропорциональные скорости протекающего через него воздуха. Так как через сопло Вситури проходит весь поток воздуха, поступающего в двигатель, то эти сигналы пропорциональны объемному расходу воздуха.

Давление от отборов 79 и 80 передается и уирав1я ощим соплам 40 и 44 через трубопровод

81, камер . 82 статического давления и трубопровод 88, с одной стороны, и трубопровод

84, с другой стороны. Поэтому давления, подаваемые к соплам И и 44, показывают обьемный расход воздуха двигателя. При возрастании расхода воздуха давление в соиле -14 уменьшается по сравнению с давлением в collле 40, и наоборот. Однако возможно применение других расходомерных устройств, например, трубки Пито-Прандтля. Температура проходящего через трубопровод l воздуха влияет на вязкость проходящего по капилляру 85 воздуха, в то время как эта температура не влияет на вязкость возду. а. и роходящего через дроссель 88. Так как к управ1яющсиу соплу

48 подключен второй конец капилляра, то давление иа этом сопле зависит от температуры всасываемого воздуха, а давление на противолежащем управляющем сопле 52 не зависит от этого. Перепад давления на этих сои 12У зависит от температуры всасываемого воздуха. Если при определенной температуре воздуха давлеш|е в выходных соплах 56 и 60 одинаково. то изменение температуры в ту или другую сторону вызовет перепад давлсшш иа соплах 56 п 60, и чем больше будет отличаться температура от зада иой в ту или другую сторону, тем болгиие будет изменяться перепад давлений иа соп.1ах 56 и 60.

Возможно выполнение датчика температуры в виде емкости, установленной в трубопроВоде 1 и заполнеинои ?кидкостыо с ВысОким коэффициентом температурного расширения.

Если емкость соединить трубой с. регулятором расхода воздуха, подключенным к одному из управляющих сопел, То выходной сигнал струйного элемента будет зависеть от температуры воздуха. Струйиьш элемент 82 суммирует сигналы давления, поданные на его управляющие сопла, и выдает сигналы в виде герепада давлений между выходными соплами 56 и 60. Давление с этих сопл передается к уиравля ощим соплам 41 и 45 второго струйного элемента 83. Управляющее сопло 49 другой пары соединено с трубопроводом 65 через дроссель 90, а сопло 58 — с трубопроводом 65 через дроссель 98 и с камерой 82 через дроссель 92. Вследствие расхода воздуха через дроссель 92, зависящего от перепада давлений, изменяется давление в сопле 58. Так как давление в камере 82, то есть и в трубопрово289635

65 де 1 до сопла Вентури одинаково, то выходной сигнал на втором элементе 33 будет изменяться в соответствии с давлением в трубопроводе 1. Поскольку оба управляющих сопла 49» 53 соединены с трубопроводом 65, то изменение давления в нем не влияет на выходной сигнал с элемента 88. Чем выше давление в трубопроводе 1, тем больший перепад давлений на выходных соплах 57 и 61. Элемент 88 суммирует сигналы давления, поданные на его управляющие сопла, и выдает сигнал в виде перепада давлений между выходными соплами 57 и 61, причем устройство изменяет подачу топлива в зависимости от изменения сопротивления фильтра б. Давление с сопл 57 и 6! передается к управляющим соплам 42 и 46 элемента 34. К управляющему соплу 50 через трубопровод 96 и дроссель 97 подводится давлсш е от отбора 95, зависимое от нагрузки двигателя. К управляющему соплу 54 также подводится давление от отбора 95, но через дроссель 99 и емкость 100. На установившемся режиме работы двигателя давление в коллекторе 5 не изменяется.

При увеличении нагрузки двигателя его обороты падают, а давление в коллекторе 5 увеличивается, и наоборот. То же самое происходит, если изменяется открытие дроссельной заслонки 10, приводящее к изменению давления в отборе 95, которое передается к управляющим соплам 50 и 54. Однако для лучшей работы двигателя требуется, чтобы при возрастании нагрузки двигателя уменьшался коэффициент избытка воздуха, а при уменьшении нагрузки увеличивался. На установившемся режиме работы давление в емкости 100 равно давлению в коллекторе 5, так как перепад давления на дросселе 99 вследствие малого расхода воздуха невелик. Поскольку дроссели 97 и 99 одинаковы, то и перепады давлений на них одинаковы, поэтому давления на управляющих соплах 50 и 54 равны, и давле ние в коллекторе 5 не влияет на выходной сигнал со струйного элемента 84.

Однако при увеличении или уменьшении давления в коллекторе 5, вызванном изменением нагрузки двигателя, изменяется давление на сопле 50. В то же время емкость 100 задерживает передачу изменения давления на сопло 54. Следовательно, в течение небольшого отрезка времени, когда происходит это изменение, давления в соплах 50 и 54 будут различны. При возрастании нагрузки двигателя давление в сопле 50 будет больше, чем в сопле 54, от этого изменяется выходной сигнал с элемента 84, в связи с чем подача топлива также будет меняться в течение этого времени. Элемент 84 суммирует сигналы давления, поданные на его управляющие сопла в зависимости от расхода воздуха и изменения нагрузки двигателя, и выдает сигнал в виде перепада давления между выходными соплами

58 и 62. Давление с сопл 58 и 62 передается управляющим соплам 43 и 47 четвертого элемента 85. К управляющему соплу 51 подсое5

45 динен капилляр 101, установленный в камере

21 корпуса 12 и выполняющий роль датчика температуры топлива, так же как капилляр

85. Противоположное управляющее сопло 55 соединено с трубопроводом 65 через дроссель

103. Элемент 85 суммирует сигналы давления, поступающие к управляющим соплам 43, 47, 51 и 55 и генерирует пропорциональный выходной сигнал в виде перепада давлений на выходных соплах 59 и 68. Увеличение расхода воздуха, нагрузки двигателя и температуры топлива приводит к увеличению перепада давлений на соплах 59

18. Разность давлений в полостях 17 и 18 приводит к перемещению диафрагмы 19 н клапана 13, что изменяет расход подаваемого в двигатель топлива. Весовой расход топлива через клапан 18 зависит также or перепада давлений между камерами 22 и 23 и температуры топлива. При увеличении температуры топлива пропорционально увеличивается открытие клапана 18. При увеличении перепада давлений между камерами 22 и 23 диафрагма 26 прогибается, уменьшая проходное сечение клапана 18.

Описываемое устройство для подачи топлиI .oâoçäóøHoé смеси обеспечивает оптимальное соотношение топливо — воздух на всех режимах работы двигателя, что повышает его экономичность и уменьшает выброс в атмосферу продуктов неполного сгорания.

Изображенное на фиг. 2 устройство для подачи топливовоздушной смеси в 1 -образный двигатель имеет две форсунки 2, установленные вблизи впускных клапанов 104. Коллектор 5 равномерно распределяет воздух по цилиндрам 105 и 106 двигателя, в остальном устройство для подачи топливовоздушной смеси работает так, как описано выше.

Если двигатель оборудован несколькимп трубопроводами 1, то устройство должно содержать в каждом из них датчик температуры, давления и скорости воздуха, соединенные с регулятором 81.

Предмет изобретения

1. Устройство для подачи топливовоздушной смеси в двигатель внутреннего сгорания, преимущественно поршневой, содержащее установленную на всасывающем трубопроводе форсунку, подключенную к топлигпому насосу, и размещенный в корпусе регулпруюцшй клапан со штоком, кинематическп связи:нный с сервоприводом, соединенным с вы одны»« соплами каскада струйных элементов, имеющих силовые, управляющие и выходные сопла, отличающееся тем, что, с целью получения оптимального соотношения топливо — воздух, в трубопроводе установлены датчики температуры, давлеиия и скорости воздуха с преобра289635

10 зователями сигналов в виде переменного давления, подключенными к управляющим collлам элементов, 2. Устройство по п. I, отличающееся тем, что, с целью обеспечения весового расхода топлива независимо от перепада давления иа клапане, на штоке последнего установлена диафрагма, образующая с корпусом две рабочие «олости, одна из которых подключена к выходу насоса, а другая — к выходу клапана.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что в корпусе клапана установлен датчик температуры топлива с преобразователем с гнала в виде переменного давления, подключенным к управляющим соплам элементов.

4. Устройство по пп. 1 — 3, отличающеее» тем, что трубопровод снабжен соплом Веитури и размещенной за HHM дроссельной заслонкой, а каскад выполнен по меньшей мере иа четырех струйных элементах, первый из которых соединен с преобразователем датчика скорости, выполненного в виде отборов статического давления до и в горловине сопла Веитури, подключенных к противолежащим уп5

15 г0 равляющим соплам первого элемента, и с преобразователем датчика температуры, выголнвнного в виде капилляра и дросселя, подключенных к источнику сжатого воздуха и к другим противолежащим управляющим соплам первого элемента, а второй струйный элемент соединен с преобразователем датчика давления, выполненного в виде отбора статического давления до сопла Вентури, соединенного через второй и третий дроссели с источ ником сжатого воздуха и управляющим coIlлом второго элемента, а противополох ное управляющее сопло соединено с источником сжатого воздуха через четвертый дроссель.

5. Устройство по пп. 1 — 4, отлачаю цееея тем, что, с целью изменения подачи топлива только при резких колебаниях нагрузки двигателя, третий стр йный элемент соединен с отбором давления, установленным в трубопроводе за дроссельной заслонкой и подключенным к управляющему соплу третьего элемента через пятый дроссель и к противополохсному управляющему соплу — через включенные последовательно шестой дроссель и емкость.

2S9635

А<2

Составитель Л. Синай

Редактор В. Дибобес Техред Л. В. Куклина Корректоры: А. Абрамова п Л. Корогод

Изд. М 179 Заказ 292/1 Тираж 473 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, 7К-З5, Раушская паб., д. 4)5

Типография, пр. Сапунова, 2