Способ определения состояния теплового насыщения и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к системам ввода топлива двигателей внутреннего сгорания. Способ предназначен для определения наличия состояния теплового насыщения в двигателе внутреннего сгорания, имеющем ввод топлива, в особенности в таком, в котором из-за высокой температуры двигателя топливо или один из видов используемого в нем топлива подвержено испарению в топливных трубопроводах. Способ включает измерение температуры в топливном баке, измерение температуры топливного трубопровода и установление разности первой и второй температур, причем значительная разность указывает на наличие состояния теплового насыщения. При выявлении этого состояния может быть приведено в действие вспомогательное устройство для ввода топлива, а в двигателях, работающих на двух видах топлива, может быть использовано топливо с более высокой температурой кипения. Технический результат заключается в повышении эффективности в работе. двигателя, работающего на топливе с низкой температурой кипения. 2 с. и 10 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к системам ввода топлива двигателей внутреннего сгорания и способам работы таких систем.

К жидкому топливу, вводимому с использованием средств ввода топлива, относятся бензин, сжиженные природный и нефтяной газы. Настоящее изобретение в основном касается сжиженного нефтяного газа, но оно также может быть применимо в случае использования бензина и топлива с низкой температурой кипения или высокой упругостью паров. Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания, работающих на одном или двух видах топлива.

Системы ввода топлива двигателей внутреннего сгорания могут предназначаться для подачи жидкого топлива во впускной трубопровод для каждого цилиндра двигателя внутреннего сгорания. Такая система известна как многоточечный ввод жидкого топлива и описана в международной публикации WO 89/00640. Соответствующее управление работой устройства для ввода топлива обеспечивает возможность подачи в каждый цилиндр точно отмеренного количества жидкого топлива в зависимости от режима работы двигателя и требуемых параметров.

Однако существует проблема, заключающаяся в том, что для обеспечения точности ввода жидкого топлива топливо, находящееся в устройствах для ввода топлива вблизи точек ввода, все время должно находиться в жидком состоянии.

Однако при работе двигателя температура среды вокруг каждого цилиндра иногда может очень сильно повышаться, что препятствует вводу жидкого топлива с низкой температурой кипения.

В топливном баке транспортного средства сжиженный нефтяной газ (пропан и бутан) из-за своих свойств находится в равновесном состоянии, для которого характерно присутствие и газа, и жидкости, то есть температура кипения этого топлива обычно ниже внешней температуры (если внешняя температура выше нуля). Благодаря этим свойствам сжиженного нефтяного газа испарение жидкости происходит, когда внешняя температура превышает температуру жидкости.

На практике, например при подаче сжиженного нефтяного газа в топливный трубопровод и устройства для ввода топлива системы ввода топлива при температурах, характерных для зоны под капотом двигателя, сжиженный нефтяной газ остается в жидком состоянии только при достаточной скорости рециркуляции. При движении транспортного средства необходимо обеспечить достаточную скорость циркуляции потока, минимальное количество сужений и давление, несколько превышающее давление равновесного состояния для поддержания топлива в жидком состоянии. Однако, при остановке транспортного средства и остановке двигателя сжиженный нефтяной газ в топливном трубопроводе и устройствах для ввода топлива мгновенно начинает испаряться благодаря тому, что температура под капотом двигателя выше температуры жидкости. Этот процесс приводит к повышению давления в топливном трубопроводе, но общая конструкция таких трубопроводов позволяет предотвращать возникновение избыточного давления посредством предохранительного клапана. Следовательно, в топливный бак по возвратной магистрали попадает парожидкостная смесь. Поэтому с момента прекращения рециркуляции жидкость в топливном трубопроводе замещается сухим газом, а температура в устройствах для ввода топлива и клапанах топливного трубопровода начинает постепенно повышаться благодаря передаче тепла между различными компонентами системы и состоянию, существующему в зоне под капотом двигателя. Повышение температуры и нагрев зависит от времени и окружающей температуры, которая в свою очередь зависит от предыдущих нагрузок двигателя, скоростей и времени его работы.

Это состояние может быть названо состоянием теплового насыщения. В состоянии теплового насыщения эффективность работы двигателя понижена, так как топливо в устройствах для ввода топлива не находится в жидком состоянии и из-за этого не обеспечена точность ввода топлива.

Пуск топливного насоса после достижения состояния теплового насыщения вызывает откачку сжиженного нефтяного газа из донной части топливного бака и подачу его в виде жидкости в топливный трубопровод, устройства для ввода топлива и клапаны. По мере заполнения топливного трубопровода жидкость начинает испаряться. Испарение продолжается до тех пор, пока температура поверхности не понизится до температуры жидкости с градиентным распределением, обусловленным потоком. Время, требующееся для выравнивания температуры топливопроводного узла и температуры жидкости, зависит от температуры сжиженного нефтяного газа в баке, а также от конструкции трубопровода и устройства для ввода топлива, отношения площади поверхности металлических деталей к их объему и абсолютной температуры топливопроводного узла.

Таким образом, целью настоящего изобретения является повышение эффективности работы двигателя, имеющего ввод топлива и работающего на топливе с низкой температурой кипения, путем определения возникновения состояния теплового насыщения для производства необходимых действий по преодолению этого состояния перед пуском двигателя или после пуска двигателя.

Поставленная цель достигается тем, что в двигателе внутреннего сгорания, который работает на двух видах топлива, который имеет ввод топлива, в котором из-за высокой температуры двигателя топливо с низкой температурой кипения подвержено испарению в топливном трубопроводе и котором измеряют температуру топлива в баке, измеряют температуру в топливном трубопроводе и устанавливают их разность, существенное значение которой указывает на наличие состояния теплового насыщения, осуществляют переключение с топлива с низкой температурой кипения на топливо с более высокой температурой кипения при пуске двигателя, если при этом выявлено указанное состояние теплового насыщения.

Измерение может производиться один раз, а для определения времени предполагаемого наличия состояния теплового насыщения может использоваться табличный поиск.

Измерения могут производиться постоянно, а вывод о наличии состояния теплового насыщения может делаться в том случае, если разность температур превышает заданную величину.

В качестве датчиков температуры целесообразно использовать датчики с зондами, вводимыми в жидкость.

В качестве датчиков температуры можно также использовать датчики с поверхностным контактом.

Переключение с топлива с низкой температурой кипения на топливо с более высокой температурой кипения при пуске двигателя, если при этом выявлено состояние теплового насыщения, может включать также переключение на вспомогательное устройство для ввода топлива.

Поставленная цель достигается также тем, что в устройстве для определения наличия состояния теплового насыщения в двигателе внутреннего сгорания, работающем на двух видах топлива и приводимом в действие с использованием ввода топлива с низкой температурой кипения или с высокой температурой кипения, содержащем первый датчик температуры для определения температуры топливного трубопровода устройства для ввода топлива, второй датчик температуры для определения температуры топлива с низкой температурой кипения в топливном баке и вычислительные средства для вычитания первой температуры из второй и установления наличия состояния теплового насыщения, если разность первой и второй температур превышает заданную величину, имеются также средства переключения с топлива с низкой температурой кипения на топливо с высокой температурой кипения при установленном наличии состояния теплового насыщения при пуске двигателя.

Средства вычисления могут содержать таблицу преобразования.

Средства вычисления могут также содержать средства постоянного сравнения значений температур и установления наличия состояния теплового насыщения.

Датчики температуры могут быть выполнены в виде датчиков с зондами, вводимыми в жидкость.

Датчики температуры могут быть выполнены в виде датчиков с поверхностным контактом.

Устройство может также содержать вспомогательное устройство для ввода топлива с высокой температурой кипения, предназначенное для использования, если выявлено состояние теплового насыщения при пуске двигателя.

Как отмечено выше, для транспортного средства, работающего на одном виде топлива, в качестве топлива может быть использован бензин или сжиженный природный или нефтяной газ, а для транспортного средства, работающего на двух видах топлива, - бензин и сжиженный природный или нефтяной газ.

Разность между температурами топливного бака и топливным трубопроводом может быть существенной, если она находится в пределах 2-5^oC или более, в зависимости от конструкции бака и трубопровода, расположения датчиков в трубопроводе и баке или на трубопроводе и баке, типа используемого датчика, теплоемкости трубопровода и вида используемого топлива.

Таким образом, данным изобретением предложены экономичный способ и устройство для определения состояния теплового насыщения под капотом двигателя посредством установки датчиков температуры на топливном трубопроводе и в топливном баке или на нем.

Расположение датчиков температуры на трубопроводе и баке взаимообусловлено, то есть в зависимости от него изменяется их тарировка. Датчик может быть выполнен с зондом, вводимым в жидкость, либо с поверхностным контактом. В последнем случае датчик изолирован от окружающей среды. Предпочтительным является применение сравнительно быстродействующего датчика для быстрого снятия температурных показаний. Время срабатывания такого датчика составляет около одной секунды.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения датчик температуры, установленный на топливном трубопроводе, размещен вблизи последнего на этом трубопроводе устройства для ввода топлива, в месте возврата топливной магистрали в топливный бак. При последующей циркуляции топлива требуется наибольшее время для достижения этой точки и ее охлаждения, достаточное для того, чтобы сжиженный нефтяной газ оставался пригодным к использованию в качестве топлива при рабочем давлении.

Способ определения состояния теплового насыщения может быть осуществлен следующим образом. При повороте ключа зажигания электронный блок управления вводом топлива воспринимает два входных сигнала, отражающих температуры топливного трубопровода и топливного бака, и вычисляет разность температур ΔT. Затем разность температур вводится в таблицу преобразования и определяется состояние двигателя. Если разность температур превышает заданную величину, обычно составляющую 2-5^oC, устанавливается наличие состояния теплового насыщения. В зависимости от величины разности температур по таблице преобразования определяется время работы какой-либо дополнительной системы подачи топлива.

На протяжении существования состояния теплового насыщения двигатель может работать только с использованием дополнительных средств. Эти средства могут включать использование другого вида топлива, например бензина, или ввод топлива во всасывающий воздухопровод в удаленной от двигателя точке, где температура не так высока.

Возможно также предотвращение пуска двигателя, и тогда до смягчения состояния теплового насыщения может происходить лишь подкачка топлива.

На протяжении работы двигателя под действием дополнительных средств может производиться нагнетание жидкости топливным насосом, например насосом для сжиженного нефтяного газа, в топливопроводный узел и поддержание рециркуляции до тех пор, пока топливный трубопровод не охладится и ΔT не достигнет или не станет меньше заданной величины. Фактическое время, требующееся для охлаждения топливопроводного узла, зависит от различных факторов, таких как текущая температура и теплоемкость топливного трубопровода, и обычно колеблется в пределах 2-15 секунд или более.

В дополнительной системе подачи топлива могут использоваться быстродействующие датчики температуры, расположенные на топливном баке и топливном трубопроводе, так что вместо вычисления времени работы этой системы может осуществляться постоянный контроль разности температур до тех пор, пока она не станет меньше заданной величины, например 2-5^oC. Тогда дополнительная система подачи топлива отключается и используется обычная система подачи топлива.

Одним из преимуществ системы постоянного контроля является возможность исключения нежелательных выбросов с помощью возвращения к более эффективному топливу сразу, как только это становится возможным, а не по истечении установленного времени, которое может не быть оптимальным для всех режимов и температур.

Все вышесказанное в общих чертах описывает изобретение, но для лучшего его понимания ниже представлен предпочтительный вариант его выполнения со ссылками на приложенные чертежи, на которых: фиг. 1 изображает схематический вид двигателя и системы подачи одного вида топлива, выполненной в соответствии с настоящим изобретением, а фиг. 2 изображает схематический вид двигателя и системы подачи двух видов топлива, выполненной в соответствии с настоящим изобретением.

Двигатель 1, схематично изображенный на фиг. 1, имеет четыре цилиндра 2. Через впускную трубку 3 из впускного трубопровода 4 в каждый цилиндр подается воздух. Устройство 6 для ввода топлива вводит в трубку 3 необходимое количество топлива, определяемое регулятором 7 ввода. Топливо подается по топливному трубопроводу 8 из топливной магистрали 9, доходящей до топливного бака 10. Возвратный топливный трубопровод 12 и магистраль 11 позволяют возвращать излишки топлива в бак 10.

При попытке пуска двигателя регулятор 7 измеряет температуру бака 10 с помощью температурного зонда 15 и температуру трубопровода 8 с помощью температурного зонда 16. Температура бака вычитается из температуры трубопровода, и если их разность превышает, например, 2-5^oC, система делает вывод о наличии в топливном трубопроводе и устройствах для ввода топлива по меньшей мере некоторых признаков состояния теплового насыщения, и регулятор 7 приводит в действие дополнительное устройство 20 для ввода топлива в трубопровод 4 в месте, удаленном от двигателя.

На фиг. 2 изображена по существу аналогичная конструкция двигателя, аналогичные элементы которой обозначены теми же номерами.

Однако, эта система рассчитана на два вида топлива, причем в первом топливном баке 30 находится топливо с более низкой температурой кипения, а во втором топливном баке 35 - топливо с более высокой температурой кипения. Из бака 30 топливо поступает в трубопровод 8 по впускной топливной магистрали 31, а излишки топлива возвращаются в бак 30 посредством выпускного трубопровода 12 и возвратной топливной магистрали 32. Топливо из бака 35 поступает в трубопровод 8 по вкусной топливной магистрали 33, а излишки топлива возвращаются в бак 35 посредством трубопровода 12 и возвратной топливной магистрали 34.

Если при пуске двигателя существует разность температуры в баке 30, определенной с помощью зонда 36, и температуры в топливном трубопроводе, определенной с помощью зонда 37, то двигатель работает на топливе с более высокой температурой кипения, которое поступает из бака 35 и которое подается во вспомогательное устройство 40 для ввода топлива из бака 35 по магистрали 41, ответвляющейся от магистрали 33. Вспомогательное устройство для ввода топлива установлено на трубопроводе 4 в месте, удаленном от двигателя.

Установлено, что благодаря использованию данного изобретения наличие состояния теплового насыщения можно определить перед пуском двигателя путем сравнения температур в двух критических точках.

Очевидно, что, если разность температур меньше заданной величины, работа двигателя может быть обеспечена с использованием основных устройств 6 для ввода топлива как с низкой, так и с высокой температурой кипения.

Таким образом, настоящим изобретением предложены удобные способ и устройство, с использованием которых можно определить наличие состояния теплового насыщения в двигателе внутреннего сгорания.

Формула изобретения

1. Способ определения наличия состояния теплового насыщения в двигателе внутреннего сгорания, который работает на двух видах топлива, который имеет ввод топлива и в котором из-за высокой температуры двигателя топливо с низкой температурой кипения подвержено испарению в топливном трубопроводе, включающий измерение температуры топлива в баке, измерение температуры в топливном трубопроводе, установление их разности, существенное значение которой указывает на наличие состояния теплового насыщения, отличающийся тем, что осуществляют переключение с топлива с низкой температурой кипения на топливо с более высокой температурой кипения при пуске двигателя, если при этом выявлено указанное состояние теплового насыщения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что измерение производят один раз, а для определения времени предполагаемого наличия состояния теплового насыщения используют табличный поиск.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что измерения производят постоянно, а вывод о наличии состояния теплового насыщения делают, если разность температур превышает заданную величину.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве датчиков температуры используют датчики с зондами, вводимыми в жидкость.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве датчиков температуры используют датчики с поверхностным контактом.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что переключение с топлива с низкой температурой кипения на топливо с более высокой температурой кипения при пуске двигателя, если при этом выявлено состояние теплового насыщения, включает также переключение на вспомогательное устройство для ввода топлива.

7. Устройство для определения наличия состояния теплового насыщения в двигателе внутреннего сгорания, работающем на двух видах топлива и приводимом в действие с использованием ввода топлива с низкой температурой кипения или с высокой температурой кипения, содержащее первый датчик температуры для определения температуры топливного трубопровода устройства для ввода топлива, второй датчик температуры для определения температуры топлива с низкой температурой кипения в топливном баке и вычислительные средства для вычитания первой температуры из второй и установление наличия состояния теплового насыщения, если разность первой и второй температур превышает заданную величину, отличающееся тем, что снабжено средствами переключения топлива с низкой температурой кипения на топливо с высокой температурой кипения при установленном наличии состояния теплового насыщения при пуске двигателя.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что средства вычисления содержат таблицу преобразования.

9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что средства вычисления содержат средства постоянного сравнения значений температур и установления наличия теплового насыщения.

10. Устройство по п.7, отличающееся тем, что датчики температуры выполнены в виде датчиков с зондами, вводимыми в жидкость.

11. Устройство по п.7, отличающееся тем, что датчики температуры выполнены в виде датчиков с поверхностным контактом.

12. Устройство по п.9, отличающееся тем, что оно содержит вспомогательное устройство для ввода топлива с высокой температурой кипения, предназначенное для использования, если выявлено состояние теплового насыщения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2