Система стабилизации состава горючей смеси карбюраторных двигателей

 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливной аппаратуре карбюраторных двигателей внутреннего сгорания. Изобретение позволяет упростить и расширить область применения электронных систем управления составом горючей смеси в двигателях, карбюраторы которых не оборудованы электронными приводами поворота дроссельной и воздушной заслонок. Система стабилизации состава горючей смеси карбюраторных двигателей содержит контроллер, магистрали подачи бензина и воздуха, карбюратор, нейтрализатор и λ-зонд, включенные в канал отработавших газов. Первые вход и выход контроллера подключены соответственно к выходу λ-зонда и к управляющему входу нейтрализатора. Выходы магистралей подачи бензина и воздуха соединены с соответствующими входами карбюратора. В переходной полости установлен управляемый электромагнитный клапан, вход которого подсоединен к выходу магистрали подачи воздуха. Управляющий вход электромагнитного клапана подключен к выходу контроллера. Переходная полость с управляемым электромагнитным клапаном установлена между выходом карбюратора и входом впускного коллектора блока цилиндров двигателя. 1 ил.

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано в автомобильных системах управления внешнего приготовления горючей смеси (вне камеры сгорания с помощью карбюратора) для подачи ее в рабочую полость силовых цилиндров двигателя.

Известна карбюраторная система стабилизации состава горючей смеси, содержащая первую и вторую смесительные камеры, воздушную и дроссельную заслонки, экономайзер, поплавок, игольчатый клапан в поплавковой камере, малый и большой диффузоры с уменьшающимся сечением [1]. Игольчатый клапан поплавковой камеры регулирует поступление топлива в карбюратор и одновременно поддерживает постоянный его уровень.

Недостаток известной карбюраторной системы стабилизации горючей смеси состоит в том, что при нарушении регулировок, например, из-за старения, износа исполнительных элементов системы управления работой карбюратора ухудшается точность стабилизации состава формируемой горючей смеси, что приводит к неполноте сгорания топлива и ухудшению экологических характеристик двигателя.

Наиболее близким техническим решением в качестве прототипа является электронная система стабилизации состава горючей смеси карбюраторных двигателей, содержащая электронный блок управления (специализированный микропроцессор-контроллер), магистрали подачи бензина и воздуха, карбюратор, нейтрализатор отработавших газов (нейтрализатор) и λ-зонд, включенные в канал отработавших газов, первые вход и выход контроллера подключены соответственно к выходу λ-зонда и управляющему входу нейтрализатора, выходы магистралей подачи бензина и воздуха соединены с соответствующими входами карбюратора, кроме того, карбюратор содержит приводы воздушной и дроссельной заслонок, управляемые контроллером [2]. За счет включения контроллера в контур автоматического регулирования состава горючей смеси повышается точность стабилизации ее заданного состава в течение длительного времени эксплуатации карбюраторного двигателя.

Недостаток прототипа заключается в том, что электронная система управления работой карбюраторного двигателя имеет высокую стоимость и ограниченную область применения только для двигателей, карбюраторы которых оснащены приводами воздушной и дроссельной заслонок.

Целью изобретения является упрощение и расширение области применения электронных систем управления составом горючей смеси в двигателях, карбюраторы которых не оборудованы электронными приводами поворота дроссельной и воздушной заслонок.

Сущность изобретения состоит в том, что, кроме известных и общих отличительных признаков, а именно: контроллера, магистралей подачи бензина и воздуха, карбюратора, нейтрализатора и λ-зонда, включенных в канал отработавших газов, первые вход и выход контроллера подключены соответственно к выходу λ-зонда и управляющему входу нейтрализатора, выходы магистралей подачи бензина и воздуха соединены с соответствующими входами карбюратора, предлагаемая система стабилизации состава горючей смеси карбюраторных двигателей содержит переходную полость с установленным в ней управляемым электромагнитным клапаном, вход которого подсоединен к выходу магистрали подачи воздуха, управляющий вход электромагнитного клапана подключен к выходу контроллера, причем переходная полость с управляемым электромагнитным клапаном установлена между выходом карбюратора и входом впускного коллектора блока цилиндров двигателя.

Новизна изобретения состоит в том, что система стабилизации состава горючей смеси карбюраторных двигателей содержит переходную полость с установленным в ней управляемым электромагнитным клапаном, вход которого подсоединен к выходу магистрали подачи воздуха, управляющий вход электромагнитного клапана подключен к выходу контроллера, причем переходная полость с управляемым электромагнитным клапаном установлена между выходом карбюратора и входом впускного коллектора блока цилиндров двигателя, что обеспечивает упрощение и расширение области применения электронных систем управления составом горючей смеси в двигателях, карбюраторы которых не оборудованы электронными приводами поворота дроссельной и воздушной заслонок.

Функциональная схема предлагаемой модели изображена на чертеже, где обозначено: 1 - водитель; 2 - карбюратор; 3 - магистраль подачи бензина; 4 - переходная полость; 5 - впускной коллектор; 6 - блок цилиндров; 7 - коленчатый вал; 8 - нейтрализатор; 9 - управляемый электромагнитный клапан; 10 - магистраль подачи воздуха; 11 - контроллер; 12 - λ-зонд.

В исходном положении водитель 1 функционально связан управляющим элементом, например педалью, с дроссельной заслонкой карбюратора 2, к одному из входов которого подключен выход магистрали подачи бензина 3, а выход карбюратора 2 соединен через последовательно включенные между собой переходную полость 4, впускной коллектор 5 и блок цилиндров 6 с коленчатым валом 7 и нейтрализатором 8. Управляемый электромагнитный клапан 9 включен между выходом магистрали подачи воздуха 10 и другим входом карбюратора 2 с одной стороны и переходной полостью 4 с другой стороны. Управляющий вход клапана 9 подключен к выходу контроллера 11, вход которого соединен с выходом λ-зонда 12. Кроме того, на чертеже пунктирной линией показаны функциональные связи коленчатого вала 7 с входом контроллера 11 и управляющий вход нейтрализатора 8 с выходом контроллера 11.

Предлагаемая система стабилизации состава горючей смеси карбюраторных двигателей работает следующим образом.

Водитель 1 задает с помощью поворота дроссельной заслонки карбюратора 2 режим работы двигателя, управляя количеством подачи приготовленной горючей смеси в рабочие полости блока цилиндров 6 через переходную полость 4. Качественный состав приготовленной горючей смеси, слагаемые компоненты которой поступают на входы карбюратора 2 с выходов соответствующих магистралей подачи бензина 3 и воздуха 10, автоматически стабилизируется с помощью известных [1] регулирующих элементов (поплавковой камеры, жиклера и др.) карбюратора 2. В процессе длительной эксплуатации двигателя, когда наступает старение и износ вышеупомянутых регулирующих элементов карбюратора 2, снижается точность стабилизации состава горючей смеси и поэтому содержание вредных примесей в отработавших газах увеличивается, что ухудшает экологичность двигателя.

В предлагаемой системе стабилизации состава горючей смеси ее качество корректируется с помощью управляемого электромагнитного клапана 9, установленного в переходной полости 4 между выходом карбюратора 2 и входом впускного коллектора 5 блока цилиндров 6. Управляющий сигнал для электромагнитного клапана 9 поступает с выхода контроллера 11, входным сигналом которого является выходной сигнал λ-зонда 12.

Если состав приготовленной горючей смеси отклонился от заданного, то включается λ-зонд 12, выходной сигнал которого отрабатывается с помощью контроллера 11 управляемым электромагнитным клапаном 9. Управляемый электромагнитный клапан 9 корректирует долю воздуха в приготовленной карбюратором 2 горючей смеси так, чтобы выходной сигнал λ-зонда 12 соответствовал заданной величине и вредные вещества отработавших газов не превышали допустимого уровня.

При постоянном задающем воздействии G(t) = const обеспечивается наивысшая точность стабилизации состава горючей смеси, когда установившаяся ошибка E(t-->∞)= 0. Это достигается за счет введения в замкнутый контур автоматической стабилизации состава горючей смеси астатизма первого порядка, что подтверждается расчетом: где р - оператор Лапласа; G(p)=1/p при G(t)=cost - задающее воздействие; W(p) = K/P - условная передаточная функция силового цилиндра в такте горения горючей смеси, когда давление сгорающих газов в рабочей полости силового цилиндра формализуется входной, а перемещение штока поршня - выходной величинами.

Для выбора режима работы (запуск, холостой ход и др.) двигателя контроллер 11 использует электрический сигнал с выхода датчика оборотов коленчатого вала 7. Известная функциональная связь между входом контроллера 11 и коленчатым валом 7 на чертеже изображена пунктирной линией, а также на этом чертеже пунктирной линией изображена линия управления работой известного нейтрализатора 8.

Промышленная применимость предлагаемой системы стабилизации состава горючей смеси обосновывается тем, что в ней используются типовые известные функциональные блоки по своему прямому назначению. Заявитель - МООУ "НИИ ДВС" по материалам заявки изготовил в 2001 г. опытный образец системы стабилизации состава горючей смеси.

Положительный эффект от использования изобретения состоит в том, что упрощается конструктивная схема и расширяется область применения электронных систем управления составом горючей смеси в двигателях с простейшими карбюраторами за счет замены сложных электронных приводов управления поворотом воздушной и дроссельной заслонок карбюратора на простой управляемый клапан.

Литература 1. Автомобильный справочник. Перевод с англ. Первое русское издание. - М.: Издательство "За рулем", 2000 г., с. 459-460 (аналог).

2. Автомобильный справочник. Перевод с англ. Первое русское издание. - М.: Издательство "За рулем", 2000 г., с.461 (прототип).

Формула изобретения

Система стабилизации состава горючей смеси карбюраторных двигателей, содержащая контроллер, магистрали подачи бензина и воздуха, карбюратор, нейтрализатор и λ-зонд, включенные в канал отработавших газов, первые вход и выход контроллера подключены соответственно к выходу λ-зонда и к управляющему входу нейтрализатора, выходы магистралей подачи бензина и воздуха соединены с соответствующими входами карбюратора, отличающаяся тем, что содержит переходную полость с установленным в ней управляемым электромагнитным клапаном, вход которого подсоединен к выходу магистрали подачи воздуха, управляющий вход электромагнитного клапана подключен к выходу контроллера, причем переходная полость с управляемым электромагнитным клапаном установлена между выходом карбюратора и входом впускного коллектора блока цилиндров двигателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1