SU1747723A1 - Устройство дл подачи дополнительного топлива в двухтопливный дизельный двигатель - Google Patents

Abstract

Использование: изобретени  относитс  к двигателестроению, а именно к средствам дл  подачи дополнительного топлива в двигатель . Сущность изобретени : изобретение позвол ет за счет регулируемой подачи на впуске дизел  дополнительного топлива (ДТ), например метанола, снизить выброс сажи и бенз(а)пирена с отработавшими газами , улучшить показатели дизел , уменьшить процесс закоксовывани  поршн , поршневых колец, распылителей форсунок. Подача производитс  на оптимальных режимах работы дизел  по сигналам с фотодатчиков , регистрирующих перемещение органа регулировки подачи основного топлива , или с помощью пороговых элементов, вход щих в блок нормировани  подачи, а расход ДТ в зависимости от нагрузки с помощью специального датчика, управл ющего дозирующим клапаном Св зь чувствительного элемента (ЧЭ) задатчика расхода ДТ с величиной нагрузки Ре предусмотрена в двух вариантах; по перемещению органа регулировки подачи основного топлива , кинематически св занного с ЧЭ, или по изменению давлени  отработавших газов дизел , привод щего к перемещению ЧЭ. 7 ил

Description

Изобретение относитс  к двигател м внутреннего сгорани , а именно к устройства раздельного питани  двухтопливных дизелей , и может быть использовано при создании новых дизелей, в которых предусмотрено двухфазное питание, а также на оснащенных дизельными двигател ми тракторах , автомобил х и других, наход щихс  в эксплуатации машинах.

Известны устройства дл  совместного ре улировани  двух топлив, позвол ющие регулировать количество дополнительного топлива путем изменени  производительности электромагнитных форсунки или клапана в зависимости соответственно от массового расхода воздуха и разрежени  на

впуске, от детанационных свойств топлива и стехиометрического состава горючей смеси .

Однако параметры, нормирующие расход дополнительного топлива, не  вл ютс  характерными дл  дизельных двигателей и в процессе их работы либо мен ютс  несущественно , либо остаютс  посто нными. В св зи с этим упом нутые устройства не могут быть использованы непосредственно на дизельных двигател х.

Наиболее близким техническим решением  вл етс  устройство дл  подачи топлива в двигатель внутреннего сгорани , содержащее поплавковую камеру, управл емый дозирующий клапан, размещенный во

5

Х|

ho W

1

L

впускном коллекторе распылитель, сообщенный с поплавковой камерой через управл емый дозирующий клапан, и блок управлени  подачей топлива, св занный своим входом с органом регулировани  подачи основного топлива, а выходом - с управл емым дозирующим клапаном.

Недостаток устройства заключаетс  в ненадежности работы вход щих в блок управлени  герконов, на срабатывание которых оказывает вли ние вибрации двигател , а также в невозможности автоматической корректировки расхода дополнительного топлива в зависимости от нагрузки дизел , что приводит к перерасходу или основного, или дополнительного топлива .

Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей и повышение надежности устройства.

Как показывают исследовани , добавку дополнительного топлива на впуске следует осуществл ть, начина  со средних нагрузок (среднее эффективное давление в цилиндре Ре 0,40-0,45 МПа, циклова  подача дизельного топлива 28-30 мг/г.цикл) и выше, вплоть до Ре 0,7 Мпа. Эффективность вли ни  добавки на индикаторные и токсические показатели дизел  растет по мере цикловой подачи дополнительного топлива, оптимальна  величина которого 11-12 мг/л.цикл и ограничена детонационной стойкостью конкретного топлива. Если октановое число топлива позвол ет, цикловую подачу дополнительного топлива целесообразно повысить вплоть до 16 мг/л.цикл. Учитыва , что альтернативные виды топлива (бензин, бензол, метанол, этанол) в насто щее врем  хот  и в разной степени, но дороже дизельного топлива, по вл етс  необходимость усовершенствовани  осуществл ющих устройств в направлении более экономического использовани  обоих топлив при высокой надежности подачи и строгой дозации дополнительного топлива во всем диапазоне нагрузок от Ре 0,4 МПа до Ре 0,7 МПа. Применение таких устройств обеспечивает более эффективное снижение токсичности ОГ, более экономичный расход обоих топлив, повышение мощности дизелей и их ресурса.

Экономический эффект складываетс  из всех перечисленных составл ющих, однако целесообразность использовани  двухфазной подачи топлива дл  питани  дизел  обусловлена, главным образом, снижением выброса с ОГ сажи и бенз(а)пирена. Затем идут мощность дизел  и его ресурс. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  подачм топлива в двухтопливный дизель, содержащее поплавковую камеру, управл емый дозирующий клапан, размещенный во впускном коллекторе рас- пыливатель, сообщенный о поплавковой камерой через управл емый дозирующий клапан, и блок управлени  подачей топлива, св занный своим входом с органом управлени  подачей основного топлива, а выходом - с управл емым дозирующим

0 клапаном, дополнительно введены блок нормировани  подачи (БПН)с двум  информационными и управл ющим выходами, триггер с предустановкой, ключевой элемент с двум  входами и выходом, усилитель5 преобразователь, информационные выходы БНП св заны с входами триггера, выход последнего св зан с одним из входов ключевого элемента, другой вход которого.соединен с управл ющим выходом БНП, а выход клю0 чевого элемента через усилитель-преобразователь св зан с управл емым дозирующим клапаном.

На фиг. 1 приведена схема устройства; на фиг. 2 - фиг. 5 - четыре варианта испол5 нени  блока нормировани  подачи дополнительного топлива; на фиг. 6 - расположение фотодатчиков и дифференци- ально-трансформаторгного преобразовател  (ДТП) относительно рейки топливного насо0 са; на фиг. 7 - график расхода топлива.

Устройство дл  подачи топлива в двухтопливный дизельный двигатель содержит распылитель 1, размещенный во впускном коллекторе 2 и св занный через жиклер 3 с

5 поплавковой камерой 4, управл емый дозирующий клапан 5, блок нормировани  подачи (БНП) 6 дополнительного топлива, информационные выходы которого подключены к входам триггера с предустановкой 7,

0 выход которого соединен с первым входом ключевого элемента 8, управл ющий выход БПН б подключен к второму входу ключевого элемента 8, выход которого через усилитель-преобразователь 9 св зан с

5 управл емым дозирующим клапаном 5.

Триггер 7, работающий по принципу RS- триггера и выполненный, например, на логических элементах, имеет узел, обеспечивающий при подаче напр жени 

0 питани  его предустановку с логическим нулем на выход.

По данному варианту 1 БПН 6 содержит два фотодатчика 10 и 11, каждый из которых имеет фотоизлучатель и фотоприемник; раз5 деленные по оптическому каналу подвижной шторкой 12, перемещающейс , например, вместе с рейкой 13 топливного насоса, дифференциально-трансформаторный преобразователь (ДТП) 14, состо щий, например, из неподвижного каркаса с обмотками и подвижного сердечника, выполн ющего роль чувствительного элемента и механически контактируемого с профильной линейкой 15, котора  св зана с рейкой 13топливного насоса, выпр митель 16, вход которого подсоединен к выходным обмоткам ДТП 14, а выход  вл етс  управл ющим выходом БНП 6. Выходы фотодатчиков 10 и 11  вл ютс  соответственно первым и вторым информационными выходами БНП 6. ДТП 14 преобразует перемещение сердечника в величину переменного выходного напр жени .

Устройство работает следующим образом .

На холостом ходу и малых нагрузках двигател  (Ре 0,45 МПа), когда положение щелей шторки 12 соответствует изображению на фиг. 6,а, на выходе триггера 7 за счет его предустановки присутствует уровень логического нул , который, поступа  на первый вход ключевого элемента 8, обеспечивает его закрытое состо ние. Это исключает передачу сигнала от ДТП 14 через выпр митель 16 и ключевой элемент 8 на вход усилител -преобразовател  9, что удерживает клапан 5 в закрытом состо нии. По мере увеличени  нагрузки дизел  рейка 13 движетс  вправо (фиг. 6) и первоначально совместит первую щель шторки 12 с оптическим каналом фотодатчика 10 (фиг. 6,6), сигнал с выхода которого поступит на первых вход триггера 7, но не изменит его состо ни , что обусловлено особенностью работы RS-триггера. При дальнейшем перемещении рейки 13 вправо в момент, когда среднее эффективное давление в цилиндре достигнет значени  Ре 0,45 МПа (циклова  подача дизельного топлива при этом режиме 28-30 мг/л.цикл), втора  щель шторки 12 совместитс  с оптической осью фотодатчика 11 (фиг. 6,в), что обеспечиваетс  предварительной регулировкой относительного положени  щелей и фотодатчиков, на выходе фотодатчика 11 по витс  сигнал, который по второму входу переворачивает триггер 7 (на его выходе формируетс  уровень логической единицы), Выходной сигнал триггера 7 отпирает ключевой элемент 8 дл  прохождени  управл ющего сигнала от ДТП 14 через выпр митель 16, ключевой элемент 8 и усилитель-преобразователь 9 на вход дозирующего клапана 5, открыва  последний. Способ управлени  иглойi клапана может быть частотно-широтноимпульс- ным или непрерывным, что обеспечиваетс  усилителем-преобразователем 9. Дозирование дополнительного топлива пропорционально выходному напр жению ДТП 14. В момент срабатывани  клапана суммарный

цикловой расход топлива и регул тор дизел  возвратит рейку 13 влево на величину ДВ, обеспечивающую стабилизацию режима работы дизел . Положение чувствительного 5 элемента ДТП 14 относительно его обмоток задаетс  профильной линейкой 15.

Величина Л В устанавливаетс  в процессе предварительной регулировки с некоторым запасом A Bi между первой щелью и 10 осью оптического канала фотодатчика 10. Таким образом, если включение дополнительной подачи происходит, например, при РеЈ 0,45 Мпа. то отключение ее - при Ре Ј 40 МПа или несколько меньше, т.е. когда перва  щель 5 совпадает с оптическим каналом фотодатчика 10. Така  регулировка исключает неустойчивую подачу дополнительного топлива на режимах работы, близких к Ре 0,45 МПа,

0 а также продлевает его добавку при переходе

с более высоких нагрузок на низкие, когда

.прогревшийс  двигатель работает чисто

при сравнительно низких цикловых подачах

дизельного топлива. На диаграмме дц - Ре

5 (фиг. 7), где д - суммарный, расход обоих топлив, а дд - расход дополнительного топлива , момент включени  добавки соответствует точке Рв, а момент ее отключени  - точке Ро. Характер дальнейшего изменени 

0 цикловой подачи дополнительного топлива дд, мг/л.цикл при увеличении нагрузки определ етс  положением чувствительного элемента ДТП 14, т.е. характером кривизны направл ющей профильной линейки 15, по5 скольку состо ние триггера 7 остаетс  неиз- менным ввиду отсутстви  сигналов с выходом фотодатчиков 10 и 11 при дальнейшем перемещении рейки 13 вправо (фиг. 6,г). Желаемый закон изменени  дд f(Pe)

0 может быть получен и путем сочетани  характеристик-профильной линейки 15 и усилител -преобразовател  9, исход  из вида дополнительного топлива (бензин, бензол, метанол и др.).

5 При пуске дизел  рейка 13 находитс  в крайнем правом положении, расход дополнительного топлива максимальный, что облегчает процесс пуска. После пуска (холостой ход) рейка 13, возвраща сь влево,

0 отключит подачу дополнительного топлива, а по мере увеличени  нагрузки описанный процесс повторитс .

Сконструированное по варианту 1 устройство может работать и без ДТП 14, если

5 вместо выпр мител  16 к второму входу ключевого элемента 8 подсоединить источник опорного напр жени . Тогда расход дополнительного топлива будет посто нным и определ етс  величиной опорного напр жени .

По варианту 2 (фиг. 3 и фиг. 6) БНП 6 содержит два фотодатчика 10 и 11, шторку 12 (фиг. 6), поршень 17, движущийс  под вли нием измен ющегос  давлени  ОГ и посредством штока св занный с чувствительным элементом ДТП 14, выход которого подключен к входу выпр мител  16. Выходы фотодатчиков 10 и 11  вл ютс  соответственно первым и вторым информационными выходами БНП 6, а выход выпр мител  16  вл етс  управл ющий выходом БНП 6.

Работа предлагаемого по второму варианту устройства отличаетс  от работы устройства по первому варианту лишь в том, что положение чувствительного элемента ДТП 14 относительно его обмоток определ етс  величиной давлени  ОГ на данном режиме , при этом характер изменени  цикловой подачи дополнительного топлива зависит от закона, которому подчин етс  перемещение поршн  17 под вли нием давлени  О Г. Желаемый закон может быть задан , например, с помощью возвратной пружины и характеристики усилител -преобразовател  9.

По варианту 9 (фиг. 4) БНП б содержит ДТП 14, чувствительный элемент которого механически контактирует с профильной линейкой 15, котора  св зана с рейкой 13 топливного насоса, выпр митель 16, вход которого подсоединен к выходным обмоткам ДТП 14, а выход  вл етс  управл ющим выходом БНП 6, первый и второй задатчики уровн  18 и 19, выходы которых соединены соответственное первыми входами первого и второго пороговых элементов 20 и 21, вторые входы которых подключены к выходу выпр мител  16, выход первого порогового элемента 20 соединен с входом схемы НЕ 22, выход которой  вл етс  первым информационным выходом БНП б, выход второго порогового элемента 21  вл етс  вторым информационным выходом БНП б.

Устройство работает следующим образом .

На холостом ходу и малых нагрузках двигател  рейка 13 топливного насоса, а значит и профильна  линейка 15, занимают положение, при котором с выхода выпр мител  16 снимаетс  напр жение UL по величине меньше, чем уровни срабатывани  пороговых элементов 20 и 21, т.е. U1 U Us, и на выходах элементов 20 и 21 будут присутствовать уровни логических нулей (IJ4 и Us). В свою очередь, на выходе схемы 22 НЕ будет уровень логической единицы Ue. котора  подаетс  на первый вход триггера 7 (фиг. 1), но не мен ет его исходного состо ни  Выходным сигналом триггера 7, поступающим на первый вход ключевого

элемента 8, последний будет заперт дл  прохождени  сигнала от ДТП 14 на дозирующий клапан 5. По этой причине его клапан будет закрыт.

По мере увеличени  нагрузки дизел 

выходной сигнал ДТП 14 будет возрастать по закону, определ емому кривизной направл ющей профильной линейки 15. В данном случае рейка 13 движетс  вправо (фиг.

0 4), что приведет к увеличению напр жени  Ut на выходе выпр мител  16. В диапазоне нагрузок двигател  Ре 40 МПа напр жение достигнет уровн  срабатывани  U2 порогового элемента 20. на выходе которого

5 по витс  логическа  единица, а на выходе схемы НЕ 22 - логический нуль. Однако это Me изменит состо ние триггера 7, что обусловлено логикой его работы, состо ние остальных элементов устройства также не

0 изменитс , т.е. клапан 5 будет закрыт.

При дальнейшем увеличении нагрузки, например до Ре 0,45 МПа, напр жение Ui вследствие перемещени  рейки 13 вправо и св занного с этим перемещением движени 

5 чувствительного элемента ДТП 14 достигнет уровн  срабатывани  Us порогового элемента 21 и на его выходе по витс  логическа  единица, котора  перевернет триггер 7, т.е. на его выходе установитс  логическа 

0 единица (U), котора  отпирает ключевой элемент 8 дл  прохождени  сигнала от ДТП 14 к дозирующему клапану 5. Способ управлени  дозирующим клапаном аналогичен описанному в варианте 1. В момент откры5 ти  жиклера 3 суммарное количество топлива возрастает на величину цикловой подачи дополнительного топлива и регул тор дизел  возвратит рейку 13 влево. Напр женней станет меньше уровн  срабатывани  Us по0 рогового элемента 21, однако по вление на его выходе логического нул  не изменит состо ние триггера 7. В установившемс  режиме положение рейки 13 топливного насоса и состо ние ДТП 14 соответствует

5 точке Рв на диаграмме фиг. 7.

При уменьшении нагрузки дизел  уменьшаетс  Ui и, когда оно достигнет уровн  срабатывани  1)2 порогового элемента 20, на выходе последнего по витс  логиче0 ский нуль, а на выходе схемы НЕ 22 - логическа  единица, котора  установит триггер 7 в исходное нулевое состо ние. В результате ключевой элемент 8 запретс  и подача дополнительного топлива прекратитс . Это

5 произойдет при нагрузке Pe.g 0,40 МПа и соответствует точке Р0 на диаграмме фиг. 7. Прекращение подачи дополнительного топлива вызовет перемещение рейки в сторону увеличени  подачи основного топлива (т.е. вправо). При этом срабатывание порогового

элемента 20 не приведет к изменению состо ни  устройства, так как дл  этого необходимо , чтобы сработал второй пороговый элемент 21, что может произойти при нэ- грузке, например Ре 0,45 МПа.

Увеличение нагрузки дизел  (свыше Ре- 0,45 МПа) при включенной подаче дополнительного топлива, сопровождающеес  срабатыванием порогового элемента 21, не вызывает изменени  состо ни  триггера 7, на выходе которого сохран етс  уровень логической единицы, и циклова  подача дополнительного топлива будет расти пропорционально увеличению выходного сигнала ДТП 14,

Момент включени  подачи дополнительного топлива и момент его отключени  (точки Рв и Ро на фиг, 7) устанавливаютс  путем изменени  уровней срабатывани  пороговых элементов 21 и 20 с помощью за- датчиков уровней 19 и 18, а циклова  подача дополнительного топлива - перемещением ДТП 14, например, с помощью микровинта.

По варианту 4 (фиг. 5) БНП 6 содержит поршень 17, движущийс  под вли нием измен ющегос  давлени  ОГ и посредством штока св занный с чувствительным элементом ДТП 14, выход ДТП 14 подключен к входу выпр мител  16, выход которого  вл етс  управл ющим выходом БНП 6, первый и второй задатчики уровней 18 и 19, выходы которых соединены соответственно с первыми входами первого и второго пороговых элементов 20 и 21, вторые входы которых подключены к выходу выпр мител  16, выход схемы НЕ 22  вл етс  первым информационным выходом БНП 6, выход второго порогового элемента 21  вл етс  вторым информационным выходом БНП 6.

Работа предлагаемого по четвертому варианту устройства отличаетс  от работы устройства по третьему варианту лишь в том, что положение чувствительного эле- 5 мента ДТП 14 определ етс  величиной давлени  ОГ, возрастающего с ростом нагрузки (цикловой подачи топлива), что позвол ет скорректировать добавку топлива с учетом изменени  и крут щего момента, и скоро0 стного режима дизел .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  подачи дополнительного топлива в двухтопливный дизельный двигатель , содержащее поплавковую камеру,

   5 управл емый дозирующий клапан, размещенный во впускном коллекторе распылитель , сообщенный с поплавковой камерой через управл емый дозирующий клапан, и блок управлени  подачей топлива, св зан0 ный своим входом с органом регулировани  подачи основного топлива, а выходом - с управл емым дозирующим клапаном, отличающеес  тем, что, с целью повышени  надежности и расширени  функциональных

   5 возможностей, устройство снабжено блоком нормировани  поДачи с двум  информационными и управл ющим выходами, а блок управлени  выполнен в виде триггера с предустановкой, усилител -преобразовате0 л  и ключевого элемента с двум  входами и выходом, причем информационные выходы блока нормировани  подачи св заны с входами триггера, выход последнего св зан с одним из входом ключевого элемента, дру5 гой вход которого соединен с управл ющим выходом блока нормировани  подачи, а выход ключевого элемента через усилитель- преобразователь св зан с управл емым дозирующим клапаном.

   0

   w

   11

   j2l r--4r-/5

   рти 1идВциыаанддД1зеа чюм шиды Чмиж

   tJ

   иддгй ВЦ . Ч.мла. Дпам м;

   .

   фие.З:

   фи.5.

   12

   ЙШЯИИЯЧ

   п/н-

   Ю/5 Ц-J

   Фиг. 6.