Устройство подачи газа в двигатель внутреннего сгорания

 

Использование: двигателестроение, газобаллонные двигатели внутреннего сгорания транспортных средств. Сущность изобретения: устройство содержит баллоны 1 сжатого газа, газовый редуктор 2 и электромагнитные клапаны 3 и 4, соединенные с регулятором-смесителем 5. Регулятор-смеситель 5 соединен с дополнительным диффузором 6 карбюратора 7, снабженного проставкой 8. Устройство снабжено блоком управления электромагнитными клапанами 3 и 4 и позволяет снизить расход жидкого топлива и улучшить пусковые характеристики двигателя. Предусмотрены варианты выполнения устройства. 7 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к системам питания двигателей внутреннего сгорания (ДВС) с внешним смесеобразованием, оснащенных карбюраторами, и может использоваться в устройствах подачи газотопливовоздушной смеси в двигатель транспортного средства.

Наиболее близким к предложенному является устройство подачи газа в ДВС, содержащее баллоны сжатого газа и подключенный к ним редуктор, выходная магистраль которого через первый электромагнитный клапан связана со всасывающим патрубком карбюратора, второй электромагнитный клапан, выход которого соединен с отверстием в проставке, установленной между карбюратором и всасывающим коллектором двигателя, датчик положения педали газа, кинематически связанной с дроссельной заслонкой карбюратора, оснащенного экономайзером, и блок управления клапанами, первый информационный блок которого подсоединен к выходу датчика положения педали газа.

Недостатком известного устройства, принятого за прототип, является невозможность обеспечения надежного запуска двигателя и повышения экономичности, т. е. снижения расхода жидкого топлива вследствие отсутствия поддержания заданных соотношений газа и топлива в смеси на различных режимах работы двигателя.

Целью изобретения является повышение экономии жидкого топлив и обеспечение надежного запуска двигателя.

Поставленная цель достигается тем, что устройство подачи газа в двигатель внутреннего сгорания, содержащее баллон сжатого газа и систему подачи и регулирования топлива, снабжено регулятором-смесителем, выполненным в виде корпуса, втулки, установленной в ее канале регулировочной иглы и жиклера, входное отверстие которого связано с выходом канала втулки, дополнительным диффузором, выполненным с входным и выходным поперечными каналами, проставка выполнена с двумя отверстиями, сообщенными каналом с входным штуцером проставки, первое из которых расположено по оси канала системы холостого хода карбюратора и связано каналом с входным штуцером проставки, а второе отверстие расположено по оси канала главной дозирующей системы, второй электромагнитный клапан снабжен вторым входным штуцером подачи эмульгирующего воздуха, подключенным к выходному поперечному каналу дополнительного диффузора, входной поперечный канал которого связан с выходом регулятора-смесителя, а входной штуцер последнего соединен с выходом первого электромагнитного клапана, первый входной штуцер второго электромагнитного клапана подключен к выходу редуктора, а выходной штуцер второго электромагнитного клапана связан через трубопровод с входным штуцером проставки, дополнительный диффузор установлен по оси канала главной дозирующей системы карбюратора, вход дополнительного диффузора связан с входным воздушным каналом, выходной поперечный канал дополнительного диффузора связан трубопроводом с приемным воздушным патрубком системы холостого хода карбюратора, а жиклер регулятора смесителя установлен в полости карбюратора над жиклером главного топливного канала.

Кроме этого, блок управления электромагнитными клапанами может быть снабжен вторым информационным входом для подключения к датчику частоты вращения коленчатого вала и содержит преобразователь сигнала датчика частоты вращения коленчатого вала, вход которого совмещен с вторым информационным входом блока, источник опорного напряжения, первый, второй, третий и четвертый пороговые элементы, первый второй и третий ключи, выходы каждого из которых совмещены с соответствующим выходом блока, причем третий ключ выполнен с тремя входами, и переключатель режима, выполненный в виде тумблера по три положения с двумя неподвижными и одним подвижным контактами, причем вход источника опорного напряжения подключен к положительному выводу источника питания через нормально разомкнутый контакт ключа зажигания, выход источника опорного напряжения соединен к шинам питания преобразователя и четырех пороговых элементов, входы которых подключены к выходу преобразователя, выход первого порогового элемента непосредственно подключен к входу первого ключа, а выходы третьего и четвертого пороговых элементов подсоединены соответственно к входу второго и первому входу третьего ключей, а в линии связи между входом первого ключа и выходом второго элемента установлен первый диод, катод которого соединен с выходом второго порогового элемента, который через первый резистор соединен с выходом источника опорного напряжения, к выходам первого и второго ключей подсоединены аноды соответственно второго и третьего диодов, катоды которых подключены к первому неподвижному контакту тумблера переключателя режимов, второй неподвижный контакт которого связан с вторым входом третьего ключа, а подвижный контакт тумблера переключателя режима соединен с общей шиной источника питания, вход второго ключа через четвертый диод и третий вход третьего ключа соединены с первым информационным входом блока управления, а первый, второй и третий выходы блока подключены к обмоткам соответственно второго, первого электромагнитных клапанов газа и электромагнитного клапана блока экономайзера.

Кроме этого, преобразователь выполнен в виде входного делителя напряжения, фильтра, пикового детектора, интегрирующего усилителя с положительной обратной связью, причем вход делителя напряжения совмещен с входом преобразователя, а выход интегрирующего усилителя - с выходом преобразователя.

Также источник опорного напряжения выполнен в виде последовательно соединенных резисторов, причем первый вывод резистора является входом источника, а второй вывод резистора, - соединенный со стабилитроном, выходом источника.

Каждый пороговый элемент содержит компаратор, источник опорного сигнала в виде соединенных последовательно первого и второго резисторов, свободные выводы которых подсоединены к шине питания порогового элемента и общему выводу источника питания, причем выходы источника опорного сигнала подключены к первому входу компаратора в первом, третьем и четвертом пороговых элементах и второму входу компаратора во втором пороговом элементе, второй вход компаратора в первом, третьем и четвертом пороговых элементах и первый вход компаратора во втором пороговом элементе соединены через третий резистор с входом порогового элемента, первый, третий и четвертый пороговые элементы содержат четвертый резистор, включенный между первым входом выходом компаратора, и пятый резистор, включенный между выходом компаратора и шиной питания порогового элемента.

Первый и второй ключи выполнены в виде усилителя мощности и содержат на выходе световой индикатор.

Третий ключ выполнен в виде усилителя мощности, база входного транзистора которого является вторым входом ключа и связана через первый резистор с первым входом ключа, а через второй резистор - с третьим входом ключа, соединенным также через третий резистор с шиной питания ключа.

Датчик положения педали газа выполнен в виде двух нормально разомкнутых контактов, подвижный контакт соединен с общим выводом источника питания, а не- подвижный контакт через резистор соединен с выходом источника опорного напряжения и является выходом датчика.

Наличие совокупности существенных признаков позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "новизна".

Возможность при помощи совокупности общих и частных существенных признаков достичь цели изобретения, а также обеспечение оптимизации соотношений газа и топлива в зависимости от нагрузки двигателя позволяет сделать вывод о соответствии критерию "промышленная применимость".

На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 - конструкция регулятора-смесителя, дополнительного диффузора и их связь с главной дозирующей системой карбюратора; на фиг. 3 - принципиальная схема блока управления.

Устройство содержит баллоны 1 сжатого газа, понижающий газовый редуктор 2, выход которого соединен с общим входным штуцером первого и второго электромагнитных клапанов (ЭМК) 3 и 4 установленных в едином блоке. Выход ЭМК 3 соединен с входом регулятора-смесителя 5, а выход последнего соединен с поперечным каналом дополнительного диффузора 6. Вход диффузора 6 связан с входным воздушным парубком, а выходной продольный канал диффузора 6 - с главной дозирующей системой карбюратора 7. Выходной поперечный канал диффузора 6 через трубопровод подключен к штуцеру подачи эмульгирующего воздуха ЭМК 4.

Проставка 8 установлена под карбюратором 7 и имеет два отверстия, второе из которых расположено по оси канала главной дозирующей системы, а первое - по оси канала холостого хода, причем оба отверстия сообщены через канал в проставке и штуцер (не показаны) с трубопроводом, связанным с выходом ЭМК 4.

Регулятор-смеситель 5 (см. фиг. 2) имеет регулировочную иглу 9, установленную в корпусе 10, внутренняя полость 11 которого через канал во втулке 12, отверстие в жиклере 13 сообщена с полостью 14 над жиклером главной топливной системы. Внутренняя полость 11 корпуса 10 через калиброванное отверстие трубки 15 сообщена с внутренней полостью 16 дополнительного диффузора 6, а через поперечный канал последнего - с его выходным штуцером 17.

На корпусе 10 регулятора-смесителя установлен штуцер 18 подвода газа от первого ЭМК 3. Полость 14 над жиклером связана через калиброванное отверстие 19 в жиклере 20 с внутренней полостью основного диффузора 21. Диффузоры 16 и 21 установлены по оси канала главной дозирующей системы карбюратора 7, а на выходе указанного канала установлена дроссельная заслонка 22, имеющая кинематическую связь с педалью газа.

Блок управления (см. фиг. 3) содержит преобразователь 23 частоты сигналов от датчика частоты вращения вала двигателя (например, катушки зажигания) в постоянный уровень напряжения, источник 24 опорного напряжения, первый, второй, третий и четвертый пороговые элементы 25, 26, 27 и 28, первый, второй и третий ключи 29, 30 и 31, выходы которых подключены соответственно к второму и первому ЭМК 4 и ЭМК 3 газа и ЭМК 32 экономайзера.

Преобразователь 23 выполнен на транзисторах VT 1, VT 2, диодах VD 1, VD 2, резисторах R 1 . . . R 9 и конденсатора С 1 . . . С 6.

Источник 24 опорного напряжения выполнен на базе резистора R 10 и стабилитрона VD 3. Формирование опорных напряжений на первых входах компараторов DА 1, DA 3, DA 4 соответственно пороговых элементов 25, 27 и 28 и втором входе компаратора DA 2 порогового элемент 26 обеспечивается делителем из двух резисторов и одного конденсатора.

Вторые входы компараторов DA 1, DA 3, DA 4 соответственно через резисторы R 16, R 19 и R 21 и первый вход компаратора DA 2 через резистор R17 подключены к выходу преобразователя 23. Наличие обратной связи с выходов компараторов DA1, DA2 и DA4 на их первые входы исключает режим "звонковой работы" пороговых элементов 25, 27 и 28 и электромагнитных клапанов. Выходы компараторов DA1. . . DA4 совмещены с выходами пороговых элементов 25. . . 28 и подключены непосредственно, за исключением компаратора DA2, к входу соответствующего ключа 29, 30 и 31. На выходе порогового элемента 26 установлен обратный диод VD6, исключающий влияние сигнала высокого уровня с выхода компаратора DA2 на состояние ключа 29.

Каждый ключ 29-31 выполнен на базе усилителя мощности в виде двух транзисторов с входным делителем напряжения. Входы ключей 29 и 30 соответственно через диоды VD4 и VD5 подключены к первому выводу переключателя 33 режима, второй вывод которого соединен с базой входного транзистора VT5 ключа 31, а подвижный контакт переключателя, имеющего три положения, соединен с общим выводом источника напряжения. Вход ключа 30 через диод VD7 и вход ключа 31 через резистор R34 подключены к первому выводу нормально разомкнутой пары контактов датчика положения педали газа (не показан), а второй вывод контактов датчика связан с общим выводом источника питания. Датчик 34 положения педали газа выполнен в виде двух нормально разомкнутых контактов, один из которых соединен с общим выводом питания, а второй через резистор R46 подключен к выходу источника опорного напряжения.

Устройство работает следующим образом.

В исходном положении обмотки ЭМК 3, 4 и 32 обесточены, клапаны закрыты, подача газа от редуктора 2 в трубопроводы отсутствует. Питание на электрическую схему управления (см. фиг. 3) отсутствует. Переключатель 33 установлен в положение, соответствующее выбранному алгоритму управления подачей топливогазовоздушной смеси в ДВС. При необходимости совместной работы системы подачи газа и экономайзера штатного карбюратора переключатель 33 устанавливают в нейтральное положение, обеспечивающее возможность одновременного управления указанными системами при подаче питания на электрическую схему.

При постановке ключа зажигания в замок на электрическую схему через контактные пары х1-3, х1-4 разъема от аккумуляторной батареи подается питание. На выходе датчика частоты вращения сигналы отсутствуют, на выходе преобразователя 23 присутствует нулевой сигнал, на выходах пороговых элементов 25, 27 и 28 формируются сигналы высокого уровня, а на выходе порогового элемента 26 - сигнал нулевого уровня, шунтирующий базу входного транзистора VT3 ключа 29. При этом ключи 30 и 31 открыты с ЭМК 3 и 32 включены.

При повороте ключа зажигания в положение "запуск" стартер начинает раскручивать коленчатый вал двигателя (КВД), а на входе преобразователя 23 появляются импульсы, частота следования которых пропорциональна частоте вращения вала двигателя.

На выходе преобразователя 23 появляется сигнал постоянного напряжения, уровень которого пропорционален частоте n вращения КВД. При достижении величины сигнала на выходе преобразователя 23 первого заданного уровня, соответствующего n 300. . . 400 мин^-1, срабатывает компаратор DA2, а на выходе порогового элемента 26 появляется сигнал высокого уровня, снимающего запрет на открытие ключа 29. Происходит включение ЭМК 4 и газ от редуктора 2 в смеси с эмульгирующим воздухом, поступающим через входной штуцер 17 дополнительного диффузора 6, по трубопроводу проходит в отверстия проставки 8, установленной под каналом системы холостого хода карбюратора 7. Дополнительная подача газа в смеси с эмульгирующим воздухом во впускной коллектор ДВС обеспечивает его надежный запуск.

При достижении частоты вращения КВД величиной n = 1700. . . 1800 мин-1 (при штатной регулировке карбюратора) или n = = 2100. . . 2200 мин^-1 (при регулировке на обеднение смеси) срабатывает компаратор DA1, на выходе порогового элемента 25 формируется сигнал нулевого уровня, отключающий ЭМК 4 и подачу газа в проставку 8.

При нажатии на педаль газа и открытии дроссельной заслонки 22 газ от редуктора 2 под давлением 0,1. . . 0,15 МПа через ЭМК 3, смеситель 5 и дополнительный диффузор 6 вместе с воздухом поступает в канал главной дозирующей системы. Наличие дополнительного диффузора 6, из которого осуществляется подача смеси в канал главной дозирующей системы карбюратора и проставку 8, исключает возможность выброса топлива из эмульсионного колодца при резком открытии дроссельной заслонки 22. Поддержание заданных величин соотношения газа и топлива в смеси, поступающей в двигатель через главную дозирующую систему, обеспечивается соотношение давления газа на входе в регулятор-смеситель 5, величиной разрежения во впускном трубопроводе двигателя и положением регулировочной иглы 9 при выбранных проходных сечениях жиклеров 13, 20 и калиброванного отверстия трубки 15.

Отключение ЭМК 3 и подачи газа в двигатель осуществляется по сигналу компаратора DA3 порогового элемента 27 при достижении частоты вращения КВД заданного уровня или сигналу датчика 34 положения педали газа, связанной с дроссельной заслонкой 22 при ее открытии на угол, соответствующий заданной величине нагрузки двигателя. После отключения ЭМК 3 в двигатель поступает только топливовоздушная смесь, обеспечивающая работу двигателя на режимах, близких к номинальному.

Работа ЭМК 22 системы экономайзера осуществляется независимо от системы подачи газа. Отключение клапана ЭМК 32 происходит при достижении величины разрежения во впускном коллекторе ДВС заданного уровня, который фиксируется по установленным значениям сигналов датчиков частоты вращения КВД и положения педали газа, при которых на выходе порогового элемента 28 и датчика положения педали газа одновременно формируются сигналы нулевого уровня. (56) Авторское свидетельство СССР N 1455040, кл. F 02 B 43/08, 1986.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ПОДАЧИ ГАЗА В ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащее по меньшей мере один баллон сжатого газа и подключенный к нему редуктор, выходная магистраль которого через первый электромагнитный клапан связана с всасывающим патрубком карбюратора, второй электромагнитный клапан, выходной штуцер которого соединен с отверстием в проставке, установленной между карбюратором и всасывающим коллектором двигателя, датчик положения педали газа, кинематически связанной с дроссельной заслонкой карбюратора, оснащенного блоком экономайзера, и блок управления электромагнитными клапанами, первый информационный вход которого подключен к выходу датчика положения педали газа, отличающееся тем, что, с целью повышения экономии жидкого топлива и надежности запуска двигателя, оно снабжено регулятором-смесителем, выполненным в виде корпуса втулки, установленной в ее канале регулировочной иглы и жиклера, входное отверстие которого связано с выходом канала втулки, дополнительным диффузором, выполненным с входным и выходным поперечными каналами, проставка выполнена с двумя отверстиями, сообщенными каналом с входным штуцером, первое из которых расположено по оси канала системы холостого хода карбюратора, а второе отверстие - по оси канала дозирующей системы, второй электромагнитный клапан снабжен вторым входным штуцером подачи эмульгирующего воздуха, подключенным к выходному поперечному каналу дополнительного диффузора, входной поперечный канал которого связан с выходом регулятора-смесителя, а входной штуцер последнего соединен с выходом первого электромагнитного клапана, первый входной штуцер второго электромагнитного клапана подключен к выходу редуктора, а выходной штуцер второго электромагнитного клапана связан через трубопровод с входным штуцером проставки, дополнительный диффузор установлен по оси канала главной дозирующей системы карбюратора, вход дополнительного диффузора связан с входным воздушным патрубком, а жиклер регулятора-смесителя установлен в полости карбюратора над жиклером главного топливного канала .

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок управления электромагнитными клапанами снабжен вторым информационным входом для подключения к датчику частоты вращения коленчатого вала и содержит преобразователь сигнала датчика частоты вращения коленчатого вала, вход которого совмещен с вторым информационным входом блока, источник опорного напряжения, первый, второй, третий и четвертый пороговые элементы, первый, второй и третий ключи, выходы каждого из которых совмещены с соответствующим выходом блока, причем третий ключ выполнен с тремя входами, и переключатель режима, выполненный в виде тумблера на три положения с двумя неподвижными и одним подвижным контактами, причем вход источника опорного напряжения подключен к положительному выводу источника питания через нормально разомкнутый контакт ключа зажигания, выход источника опорного напряжения подсоединен к шинам питания преобразователя и четырех пороговых элементов, входы которых подключены к выходу преобразователя, выход первого порогового элемента непосредственно подключен к входу первого ключа, а выходы третьего и четвертого пороговых элементов подсоединены соответственно к входу второго и первому входу третьего ключей, на линии связи между входом первого ключа и выходом второго элемента установлен первый диод, катод которого соединен с выходом второго порогового элемента, который через первый резистор соединен с выходом источника опорного напряжения, к входам первого и второго ключей подсоединены аноды соответственно второго и третьего диодов, катоды которых подключены к первому неподвижному контакту тумблера переключателя режима, второй неподвижный контакт которого связан с вторым входом третьего ключа, подвижный контакт тумблера переключателя режима соединен с общей шиной источника питания, вход второго ключа через четвертый диод и третий вход третьего ключа соединен с первым информационным входом блока управления, а первый, второй и третий выходы блока подключены к обмоткам соответственно второго, первого электромагнитных клапанов газа и электромагнитного клапана блока экономайзера.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что преобразователь выполнен в виде входного делителя напряжения, фильтра, пикового детектора, интегрирующего усилителя с положительной обратной связью, причем вход делителя напряжения совмещен с входом преобразователя, а выход интегрирующего усилителя - с выходом преобразователя.

4. Устройство по пп. 1 - 3, отличающееся тем, что источник опорного напряжения выполнен в виде последовательно соединенных резистора и стабилитрона и подключенных параллельно последнему конденсаторов, причем первый вывод резистора является входом источника, а второй вывод резистора, соединенный со стабилитроном, - выходом источника.

5. Устройство по пп. 1 - 4, отличающееся тем, что каждый пороговый элемент содержит компаратор, источник опорного сигнала в виде соединенных последовательно первого и второго резисторов, свободные выводы которых подсоединены к шинам питания порогового элемента и общему выводу источника питания, причем выход источника опорного сигнала подключен к первому входу компаратора в первом, третьем и четвертом пороговых элементах и второму входу компаратора во втором пороговом элементе, второй вход компаратора в первом, третьем и четвертом пороговых элементах и первый вход компаратора во втором пороговом элементе соединены через третий резистор с входом порогового элемента, первый, третий и четвертый пороговые элементы содержат четвертый резистор, включенный между первым входом и выходом компаратора, и пятый резистор, включенный между выходом компаратора и шиной питания порогового элемента.

6. Устройство по пп. 1 - 5, отличающееся тем, что первый и второй ключи выполнены в виде усилителя мощности и содержит на выходе световой индикатор.

7. Устройство по пп. 1 - 6, отличающееся тем, что третий ключ выполнен в виде усилителя мощности, база входного транзистора которого является вторым входом ключа и через первый резистор связана с первым входом ключа, а через второй резистор - с третьим входом ключа, соединенным также через третий резистор с шиной питания ключа.

8. Устройство по пп. 1 - 7, отличающееся тем, что датчик положения педали газа выполнен в виде двух нормально разомкнутых контактов, подвижный контакт соединен с общим выводом источника питания, а неподвижный контакт через резистор соединен с выходом источника опорного напряжения и является выходом датчика.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3