Способ питания двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано для повышения топливной экономичности ДВС. Изобретение направлено на улучшение топливной экономичности. Способ работы ДВС заключается в том, что топливо подают в двигатель индивидуально к каждому цилиндру, регулирование топливоподачи осуществляют в зависимости от режима работы двигателя, осуществляют независимое регулирование подачи топлива к каждому цилиндру по критерию равномерного распределения состава смеси по цилиндрам двигателя. Операции заявленного способа могут быть реализованы устройством, содержащим ресивер 1, индивидуальные патрубки 2, карбюратор 3, смесительную камеру 4 и распылители 5, введенные внутрь индивидуальных патрубков, в котором распылители снабжены регуляторами расхода 6, регуляторы выполнены в виде золотников, связанных с штоками соленоидов, регуляторы нагружены пружинами, соленоиды находятся в одной цепи с датчиками парциального давления кислорода и усилителями мощности, а для обеспечения максимальной мощности двигателя система содержит концевой выключатель в цепи питания усилителей и рычаг на оси привода дроссельной заслонки. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано для повышения топливной экономичности двигателей внутреннего сгорания [ДВС].

Известен способ питания ДВС, заключающийся в том, что топливо подают в двигатель вблизи впускных клапанов, регулирование топливоподачи осуществляют в зависимости от режима работы двигателя [Двигатели внутреннего сгорания: Системы поршневых и комбинированных двигателей. Под общ. ред. А.С.Орлина, М. Г. Круглова. - 3-е изд., перераб. и доп.- М.: Машиностроение, 1985, с.107-113]. Способ выбран в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является недостаточно высокая топливная экономичность вследствие возможной неравномерности распределения смеси по цилиндрам двигателя.

Известна система питания ДВС, содержащая карбюратор и впускной патрубок [Ленин И.М., Малашкин О.П. и др. Системы топливоподачи автомобильных и тракторных двигателей. М.: Машиностроение, 1976, с. 5-6].

Известная система не обеспечивает использования нестационарных явлений во впускной системе для целей динамического наддува, а также не обеспечивает равномерного распределения смеси по цилиндрам.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому решению является система питания карбюраторного ДВС [Авторское свидетельство СССР N1437552. Опубликовано 15.11.88. Бюл. N 42], реализующая операции способа-прототипа, выбранная в качестве прототипа, содержащая два контура воздухоподачи, один из которых, воздушный, включает в себя ресивер и индивидуальные патрубки, а второй, топливовоздушный, содержит карбюратор, смесительную камеру и распылители, введенные внутрь индивидуальных патрубков первого контура.

Недостатком прототипа является недостаточно высокая топливная экономичность вследствие неравномерного распределения смеси по цилиндрам.

Задачей изобретения является улучшение топливной экономичности.

Решение указанной задачи достигается тем, что в способе работы ДВС, заключающемся в том, что топливо подают в двигатель индивидуально к каждому цилиндру, регулирование топливоподачи осуществляют в зависимости от режима работы двигателя, в отличие от прототипа осуществляют независимое регулирование подачи топлива к каждому цилиндру по критерию равномерного распределения состава смеси по цилиндрам двигателя.

Операции заявленного способа могут быть реализованы устройством, содержащим ресивер, индивидуальные патрубки, карбюратор, смесительную камеру и распылители, введенные внутрь индивидуальных патрубков, в котором, в отличие от прототипа, распылители снабжены регуляторами расхода, регуляторы выполнены в виде золотников, связанных со штоками соленоидов, регуляторы нагружены пружинами, соленоиды находятся в одной цепи с датчиками парциального давления кислорода и усилителями мощности, а для обеспечения максимальной мощности двигателя система содержит концевой выключатель в цепи питания усилителей и рычаг на оси привода дроссельной заслонки.

Независимое регулирование подачи топлива к каждому цилиндру по критерию равномерного распределения состава смеси по цилиндрам двигателя позволяет поддерживать заданное значение состава смеси во всех цилиндрах без изменения коэффициента наполнения цилиндров ДВС, что обеспечивает улучшение топливной экономичности.

Снабжение распылителей регуляторами расхода позволяет осуществить независимое регулирование количества топливовоздушной смеси, поступающей в различные цилиндры двигателя через каналы топливовоздушного контура без изменения коэффициента наполнения ДВС.

Выполнение регуляторов в виде золотников с пружинами, связанных c штоками соленоидов, расположение соленоидов в одной цепи с λ-зондами и усилителями мощности позволяет использовать регуляторы расхода в качестве исполнительных элементов системы с обратной связью для оперативного поддержания заданного состава смеси во всех цилиндрах двигателя.

Концевой выключатель в цепи питания усилителей и рычаг на оси привода дроссельной заслонки обеспечивают подачу смеси мощностного состава при полном открытии заслонки ресивера.

Существо изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 и 2 изображена схема устройства для осуществления заявляемого способа. На фиг. 3а показана зависимость электрохимического потенциала λ-зонда от состава смеси. На фиг. 3б показана временная диаграмма работы системы управления.

Система питания содержит ресивер 1, из которого выходят индивидуальные патрубки 2; карбюратор 3, к выходному концу которого пристыкована смесительная камера 4 с выходящими из нее распылителями 5, которые снабжены регуляторами расхода 6. Распылители 5 стыкуются с индивидуальными патрубками 2 вблизи выходных фланцев последних.

В выпускных каналах 7 (до их объединения) установлены датчики парциального давления кислорода (λ-зонды) 8, сигналы с которых поступают на вход усилителей 9, регуляторы поперечного сечения выполнены в виде золотников 10, соединенных со штоками соленоидов 11, золотники нагружены пружинами 12, выходы усилителей соединены с обмотками соленоидов 13. В цепи питания усилителя имеется концевой выключатель 14, включаемый рычагом 15 на оси привода дроссельной заслонки ресивера.

Пример. При реализации способа на двигателе М-412 устанавливают двухконтурную впускную систему с описываемым устройством и карбюратором ДААЗ-2140. Производят регулировку карбюратора на подачу такой смеси, чтобы после смешения с воздухом из воздушного контура при полностью открытых заслонках α = 0,9, для чего производят калибровку топливных и воздушных жиклеров. На ось дроссельной заслонки карбюратора устанавливают рычаг, который при полном открытии дросселя воздействует на концевой выключатель в цепи питания усилителей и соленоидов. Закон открытия дроссельных заслонок карбюратора и заслонки ресивера задают кинематически таким образом, чтобы поступающая в цилиндры смесь имела оптимальный состав (например, α = 1 на частичных нагрузках и α = 0,9 при полностью открытых заслонках).

Устройство, реализующее способ, работает следующим образом. Волны разрежения, генерируемые рабочим объемом двигателя, при открытии впускных клапанов движутся по индивидуальным патрубкам 2 в направлении ресивера 1, отражаясь от последнего волнами давления, которые повышают давление и плотность заряда перед впускными органами двигателя [Б. П. Рудой, "Прикладная нестационарная гидрогазодинамика", Уфимский полиграфический комбинат Госкомиздата Башкирской АССР, 1988 г., гл. 2, 3]. Одновременно волны разрежения проникают в распылители 5, вызывая истечение из карбюратора 3 топливовоздушной смеси, которая через смесительную камеру 4 поступает в распылители 5 и далее через индивидуальные патрубки 2 в цилиндры двигателя.

Зависимость электрохимического потенциала λ-зонда 8 от состава смеси, сгоревшей в цилиндре двигателя, такова, что в зоне стехиометрического состава смеси значение потенциала резко увеличивается при ее обогащении (фиг. 3а). Сигнал изменения напряжения передается на усилитель 9 (стандартный, широко применяемый, описанный в [Алексеенко А.Г., Коломбет Е.А., Стародуб Г. И. "Применение прецизионных аналоговых ИС", М.: Радио и связь, 1981, с.34-35]). Увеличение выходного сигнала усилителя влечет за собой увеличение силы тока в обмотке соленоида 13, при этом возрастает сила, втягивающая шток соленоида 11, связанного с золотником 10 регулятора 6. Золотник, перемещаясь, уменьшает проходное сечение распылителя 5. Пружина 12 служит для возвращения золотника 10 в исходное состояние.

Работа системы управления (СУ) поясняется временной диаграммой (фиг. 3б). Когда в цилиндре ДВС поступает смесь заданного состава (например, α = 1, где α - коэффициент избытка воздуха), элементы СУ занимают определенные положения (в общем случае различные для разных цилиндров) равновесия (период τ₁). В случае отклонения состава смеси в одном из цилиндров, например в сторону обогащения (период τ₂), напряжение с датчика 8 увеличивается, соответственно увеличивается напряжение с выхода усилителя 9 и ток в обмотке соленоида 13. При этом увеличивается сила, втягивающая шток 11, преодолевается усилие пружины 12, золотник 10 опускается, уменьшая сечение данного распылителя, обедняя состав смеси в этом цилиндре. Форма переходного процесса (период τ₃) зависит от параметров звеньев в цепи регулирования и принципиальной роли не играет.

Таким образом, состав смеси в указанном цилиндре достигает заданного значения (например, α = 1), равного значению в других цилиндрах.

При изменении режима работы двигателя и отклонении состава смеси в отдельных цилиндрах от заданного, индивидуальные каналы регулирования, действуя как описано выше [независимо друг от друга], изменяют соответствующим образом сечения распылителей 5, возвращая состав смеси в цилиндрах к заданному значению.

При полном открытии дроссельной заслонки ресивера рычаг 15 размыкает концевой выключатель 14, обесточивая усилитель 9 и соленоиды 13. При этом под действием пружины 12 золотники занимают положение, соответствующее полному открытию сечения распылителей. Карбюратор 3 отрегулирован так, что при полностью открытых распылителях в цилиндрах обеспечивается мощностной состав смеси.

Итак, предлагаемые способ питания и устройство для его реализации позволяют существенно улучшить топливную экономичность ДВС.

Формула изобретения

1. Способ питания двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в том, что топливо подают в двигатель индивидуально к каждому цилиндру, регулирование топливоподачи осуществляют в зависимости от режима работы двигателя, отличающийся тем, что осуществляют независимое регулирование подачи топлива к каждому цилиндру по критерию равномерного распределения состава смеси по цилиндрам двигателя.

2. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее ресивер, индивидуальные патрубки, топливоподающее устройство, смесительную камеру и распылители, введенные внутрь индивидуальных патрубков, отличающееся тем, что распылители снабжены регуляторами расхода, причем регуляторы расхода выполнены в виде золотников, связанных с штоками соленоидов, и нагружены пружинами, а соленоиды находятся в одной цепи с датчиками парциального давления кислорода и усилителями мощности.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что содержит концевой выключатель в цепи питания усилителей и рычаг на оси привода дроссельной заслонки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4