устройство питания двигателя внутреннего сгорания сжиженным газом

Формула изобретения

1. Устройство питания двигателя внутреннего сгорания сжиженным газом, содержащее газовый баллон, подводящую газовую магистраль высокого давления, понижающий редуктор, электромагнитные клапаны, коллектор, датчик оборотов коленчатого вала, датчик разрежения и электронный блок, отличающееся тем, что редуктор разделен перегородкой с калиброванным отверстием на две камеры, устройство дополнительно содержит газовый клапан, установленный после газового баллона, средство подогрева газа, установленное перед понижающим редуктором, мультиклапан, установленный в газовом баллоне, датчики давления в первой и второй камерах указанного редуктора, датчик температуры газа в средстве подогрева газа, резистивный датчик, датчик -зонда, при этом датчики, электромагнитные клапаны, средство подогрева газа, газовый клапан подключены к электронному блоку, на входе в первую камеру указанного редуктора установлен электромагнитный клапан, а на выходе второй камеры указанного редуктора, выполняющей функцию ресивера, параллельно установлены электромагнитный клапан подачи газа на холостом ходу и электромагнитный клапан рабочего хода, выходы обоих указанных электромагнитных клапанов соединены с коллектором, при этом электромагнитный блок выполнен с возможностью определения расхода газа по показаниям датчиков давления в первой и второй камерах редуктора, а также дополнительной подачи газа через электромагнитный клапан холостого хода при необходимости резкого увеличения числа оборотов коленчатого вала двигателя и оптимизации состава топливной смеси с учетом данных, полученных от датчиков и заложенной в электронный блок программы.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электронный блок содержит процессор, входы которого соединены со средствами подогрева газа, датчиком числа оборотов коленчатого вала двигателя с датчиком разрежения в коллекторе, с резистивным датчиком, датчиком -зонда, с датчиком температуры подаваемого газа, выходы процессора подключены к газовому клапану, к электромагнитному клапану, подающему сжатый газ в редуктор, и к двум электромагнитным клапанам, подающим газ из редуктора в коллектор.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что между датчиком числа оборотов и входом процессора последовательно установлены развязывающие устройства, полосовой фильтр входных сигналов, ограничитель амплитуды сигналов и операционный усилитель.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что резистивный датчик подключен к первому входу первого компаратора, на второй вход которого подают опорное напряжение, а выход первого компаратора подключен к входу процессора.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что между датчиком разрежения в коллекторе и входом процессора установлен операционный усилитель.

6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что между датчиком температуры подаваемого газа и входом процессора установлен операционный усилитель.

7. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что выход датчика -зонда подключен к первому входу второго компаратора, на второй вход которого подают опорный сигнал, при этом выход второго компаратора подключен к входу процессора.

8. Устройство по п.2, отличающееся тем, что между выходом процессора и редуктором последовательно установлены предварительный усилитель и усилитель мощности.

9. Устройство по п.2, отличающееся тем, что между выходом процессора и газовым клапаном установлены предварительный усилитель и усилитель мощности.

10. Устройство по п.2, отличающееся тем, что выход процессора соединен с электромагнитным клапаном, подающим газ в редуктор через предварительный усилитель и усилитель мощности.

11. Устройство по п.2, отличающееся тем, что электромагнитный клапан, подающий газ в коллектор при рабочих оборотах двигателя, соединен с процессором посредством предварительного усилителя и усилителя мощности, причем выход указанного усилителя мощности подключен также к входу ограничителя напряжения, выход которого подключен к входу процессора, и к входу первого ограничителя-делителя напряжения, выход которого подключен к входу процессора.

12. Устройство по п.2, отличающееся тем, что электромагнитный клапан, подающий газ в коллектор на холостом ходу, соединен с процессором посредством предварительного усилителя и усилителя мощности, причем выход указанного усилителя мощности в этом случае также подключен ко второму входу указанного ограничителя напряжения и к входу второго ограничителя-делителя напряжения, выход которого подключен к входу процессора.

13. Устройство по п.2, отличающееся тем, что один из выходов процессора подключен к индикатору.

14. Устройство по п.2, отличающееся тем, что к блоку питания процессор подключен посредством блока стабилизации напряжения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к созданию систем питания двигателей внутреннего сгорания (ДВС), и может быть использовано при создании ДВС, применяемых в транспортных средствах, теплоэлектростанциях, а также в качестве движителей генераторов электрического тока.

Сжиженный газ, используемый в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания, преимущественно содержит пропан-бутановую фракцию природного газа, однако возможно использование и метановой фракции. Поскольку октановое число природного газа выше, чем у бензина, то это позволяет достичь при использовании в качестве топлива для ДВС сжиженного газа экономичности использования топлива, особенно с учетом себестоимости сжиженного газа и высокоактанового бензина.

Традиционная система подачи сжиженного газа в ДВС содержит (см. Золотницкий В. А. Система питания газобензиновых автомобилей, М.: "Третий Рим", 2000, с. 16-22) последовательно установленные баллон со сжиженным газом, снабженный блоком запорно-предохранительной арматуры, электромагнитный газовый клапан с фильтром, редуктор - испаритель низкого давления, и карбюратор. Однако известно большое количество модификаций указанной системы.

Известно устройство подачи сжиженного газа в ДВС (см. заявку Японии - 52-13580, МПИ F 02 М 21/00, опубл. 15.04.77), содержащее магистраль подачи газа к карбюратору-смесителю, снабженную дозатором и механизмом регулирования подачи газа. Цилиндрический корпус дозатора разделен посредством перегородок на три камеры, первая из которых соединена посредством жиклера максимальной подачи с источником сжиженного газа, вторая подключена к диффузору карбюратора-смесителя через жиклер переменного сечения в виде подпружиненного клапана, третья подключена к жиклеру холостого хода карбюратора-смесителя и соединена с первой камерой через клапан холостого хода.

Недостатком указанного устройства следует признать невозможность быстрого изменения режима подачи газа в карбюратор при необходимости резкого увеличения количества оборотов двигателя. Кроме того, при работе ДВС топливо поступает ступенчато, что не позволяет оптимизировать состав горючей смеси на всех режимах работы, что снижает экономичность двигателя и повышает токсичность выхлопных газов.

Известно также устройство для питания ДВС сжиженным газом из авторского свидетельства СССР N 1059242, МПК F 02 М 21/00, опубл. 07.12.83). Указанное устройство содержит магистраль подачи газа, сообщенную с газовым редуктором карбюратор-смеситель, дозатор, корпус которого разделен посредством перегородок на три камеры посредством подвижной и неподвижной перегородки. Первая камера сообщена с газовым редуктором посредством жиклера максимальной подачи. Вторая камера подключена к диффузору карбюратора-смесителя посредством жиклера переменного сечения в виде подпружиненного клапана, нагруженного пружиной. Третья камера подключена к жиклеру холостого хода и сообщена с первой камерой посредством клапана холостого хода. Подвижная перегородка выполнена в виде круглой пластины, имеющей по торцу уплотнительное кольцо и уплотнение по его периферии, и установлена с возможностью осевого перемещения, неподвижная перегородка жестко соединена с корпусом дозатора. Клапан холостого хода выполнен с центральным отверстием, снабжен опорным пояском и проточкой с боковыми отверстиями. Механизм регулирования подачи газа снабжен кинематической передачей между указанным подпружиненным клапаном и дроссельной заслонкой карбюратора-смесителя, регулировочной пружиной, нагруженной клапаном холостого хода, размещенным на штоке, и жиклером холостого хода. Вторая камера сообщена с третьей через систему отверстий.

В известной конструкции благодаря последовательному расположению жиклера максимально подачи топлива и основного жиклера с изменяемым сечением протока возможно резкое нарастание подачи газа, которое в дальнейшем прогрессивно замедляется, и на режимах, близких к полному открытию дросселя, происходит плавное ограничение подачи газа жиклера максимальной подачи. Хотя известная система и позволяет контролируемо изменять подачу газа в карбюратор, все же процесс регулирования достаточно не отработан.

Известна система питания газового ДВС из авторского свидетельства СССР N 1328569, МПК F 02 D 41/00, опубл. 07.08.87. Известная система содержит газовый баллон, подводящую газовую магистраль высокого давления, понижающий одноступенчатый газовый редуктор-стабилизатор, электромагнитные форсунки (клапана), закрепленные во впускном трубопроводе, карбюратор-смеситель, датчик частоты вращения коленчатого вала, датчик давления впускного трубопровода, датчик положения дроссельной заслонки (датчик разрежения) и электронный блок управления (логическое устройство) системой.

При работе системы электронный блок с использованием информации указанных датчиков регулирует подачу газа электромагнитными форсунками.

Недостатком известной системы питания ДВС следует признать не оптимальность состава топливной смеси, обусловленную малым количеством учитываемых факторов, а также нерациональной конструкцией редуктора.

Техническая задача, решаемая посредством настоящего изобретения, состоит в разработке устройства подачи сжиженного газа в ДВС, позволяющего оптимизировать состав газовой смеси.

Технический результат, получаемый в результате реализации изобретения, состоит в повышении экономичности ДВС при обеспечении возможности быстрого изменения состава топливной смеси.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство питания двигателя внутреннего сгорания сжиженным газом, содержащее газовый баллон, подводящую газовую магистраль высокого давления, понижающий редуктор, электромагнитные клапана, коллектор, датчик оборотов коленчатого вала, датчик разрежения и электронный блок, согласно изобретению, редуктор разделен перегородкой с калиброванным отверстием на две камеры, устройство дополнительно содержит газовый клапан, установленный после газового баллона, средство подогрева газа, установленное перед понижающим редуктором, мультиклапан, установленный в газовом баллоне, датчики давления в первой и второй камерах указанного редуктора, датчик температуры газа в средстве подогрева газа, резистивный датчик, датчик -зонда, при этом датчики, электромагнитные клапаны, средство подогрева газа, газовый клапан подключены к электронному блоку, на входе в первую камеру указанного редуктора установлен электромагнитный клапан, а на выходе второй камеры указанного редуктора, выполняющей функцию ресивера параллельно установлены электромагнитный клапан подачи газа на холостом ходу и электромагнитный клапан рабочего хода, выходы обоих указанных электромагнитных клапанов соединены с коллектором, при этом электромагнитный блок выполнен с возможностью определения расхода газа по показаниям датчиков давления в первой и второй камерах редуктора, а также дополнительной подачи газа через электромагнитный клапан холостого хода при необходимости резкого увеличения числа оборотов коленчатого вала двигателя и оптимизации состава топливной смеси с учетом данных, полученных от датчиков, и заложенной в электронный блок программы.

Предпочтительно, электронный блок выполнен в виде процессора. Программа работы электронного блока обеспечивает возможность определения расхода газа по показаниям датчиков давления в первой и второй камерах электронного редуктора, а также дополнительную подачу газа через электромагнитный клапан холостого хода, выполняющий в режиме разгона функцию газового ускорителя, при необходимости резкого увеличения числа оборотов коленчатого вала двигателя и оптимизации состава топливной смеси с учетом данных, полученных от датчиков, и заложенной в электронный блок программы. Предпочтительно электронный блок содержит процессор, входы которого соединены со средством подогрева газа, датчиком числа оборотов коленчатого вала двигателя, с датчиком разрежения в коллекторе, с резистивным датчиком, датчиком -зонда, с датчиком температуры подаваемого газа, выходы процессора подключены к газовому клапану, к электромагнитному клапану, подающему сжатый газ в редуктор, и к двум электромагнитным клапанам, подающим газ из редуктора в коллектор. Предпочтительно, между датчиком оборотов двигателя и входом процессора последовательно установлены развязывающее устройство, полосовой фильтр входных сигналов, ограничитель амплитуды сигнала и операционный усилитель. Преимущественно, резистивный датчик подключен к первому входу первого компаратора, на второй вход которого подают опорное напряжение, а выход первого компаратора подключен к входу процессора. Преимущественно, между датчиком разрежения в коллекторе и входом процессора установлен операционный усилитель, а также между датчиком температуры подаваемого газа и входом процессора также установлен операционный усилитель. Обычно, выход датчика -зонда подключен к первому входу второго компаратора, на второй вход которого подают опорный сигнал, при этом выход второго компаратора подключен к входу процессора. Предпочтительно, между выходом процессора и редуктором последовательно установлены предварительный усилитель и усилитель мощности, также между выходом процессора и газовым клапаном обычно установлены предварительный усилитель и усилитель мощности. Обычно, выход процессора соединен с электромагнитным клапаном, подающим газ в редуктор через предварительный усилитель и усилитель мощности. Предпочтительно, электромагнитный клапан, подающий газ в коллектор при рабочих оборотах двигателя, соединен с процессором посредством предварительного усилителя и усилителя мощности, причем выход указанного усилителя мощности подключен также к входу ограничителя напряжения, выход которого подключен к входу процессора, и к входу первого ограничителя-делителя напряжения, выход которого подключен к входу процессора. Преимущественно, электромагнитный клапан, подающий газ в коллектор на холостом ходу, соединен с процессором посредством предварительного усилителя и усилителя мощности, причем выход указанного усилителя мощности в этом случае также подключен ко второму входу ранее ограничителя напряжения и к входу второго ограничителя-делителя напряжения, выход которого подключен к входу процессора. Один из выходов процессора подключен к индикатору. К блоку питания процессор подключен, предпочтительно, посредством блока стабилизации напряжения. На чертеже приведена принципиальная схема устройства питания двигателя внутреннего сгорания сжиженным газом.

На чертеже приняты следующие обозначения: понижающий редуктор 1, электромагнитный клапан 2 подачи газа в редуктор, датчик 3 давления в первой камере редуктора 1, датчик 4 давления во второй камере редуктора, электромагнитный клапан 5 подачи газа при рабочих оборотах двигателя, электромагнитный клапан 6 подачи газа на холостом ходу и при повышенных оборотах двигателя, отверстие 7 между камерами, газовый штуцер-эжектор 8 коллектора, датчик 9 разрежения в коллекторе, датчик 10 температуры в средстве 11 подогрева газа, газовый клапан 12, газовый баллон 13 с мультиклапаном 14, процессор 15 электронного блока 16, датчик 17 оборотов коленчатого вала, резистивный датчик 18, датчик 19 -зонда.

Устройство работает следующим образом.

При работе на холостом ходу газ из баллона 13 через мультиклапан 14 и газовый клапан 12 поступает в средство 11 подогрева газа. Средство 11 подогрева газа может быть выполнено как с электроподогревом, так и с подогревом за счет охлаждающей ДВС жидкости. Посредством электромагнитного клапана 2, управляемого процессором 15, газ поступает в первую камеру редуктора 1 и заполняет ее. Процессор 15 осуществляет контроль давления газа в камере посредство датчика 3 давления. Через отверстие 7 газ поступает во вторую камеру редуктора 1. Процессор 15 посредством датчика 4 давления осуществляет контроль давления газа во второй камере и с учетом величин измеренного давления определяет расход газа. В этот момент электромагнитный клапан 5 закрыт и газ, посредством газового штуцера - эжектора 8, поступает в коллектор только через электромагнитный клапан 6. С учетом данных датчиков 9, 10, 17, 18, 19 программа процессора 15 оптимизирует состав топливной смеси, поступающей в коллектор.

При необходимости перехода на рабочее количество оборотов ДВС, определяемого по разрежению в коллекторе, процессор 15 открывает электромагнитный клапан 5 и закрывает ранее открытый электромагнитный клапан 6.

При необходимости резкого увеличения числа оборотов ДВС, определяемого по разрежению в коллекторе, процессор 15 дополнительно к электромагнитному клапану 5 открывает электромагнитный клапан 6 с увеличением подачи газа в газовый штуцер-эжектор 8.

Использование выше охарактеризованного устройства позволяет повысить экономичность ДВС при обеспечении возможности быстрого изменения состава топливной смеси.