УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ПРЯМЫМ ВПРЫСКОМ ДВУХ ВИДОВ ТОПЛИВА
DEVICE AND METHOD FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH DIRECT INJECTION OF TWO FUEL TYPES

Изобретение относится к устройству для подачи топлива к двигателю внутреннего сгорания с прямым впрыском. Изобретение также относится к способу для такого двигателя внутреннего сгорания и, в частности, к переключению между двумя топливами.
Известно, что в двигателе внутреннего сгорания можно использовать два вида топлива и, в частности, топливо на основе сжиженного газа, такого как СНГ (сжиженный нефтяной газ), и жидкое топливо, такое как дизельное топливо или бензин. Топлива подаются из соответствующих баков хранения к двигателю внутреннего сгорания. В случае с прямым впрыском топлива, топливо впрыскивается под высоким давлением непосредственно в камеру сгорания посредством насоса высокого давления, установленного на двигателе. Устройство прямого впрыска само по себе является предпочтительным с точки зрения потребления топлива двигателем внутреннего сгорания.
Двигатель, работающий на двух видах топлива, с насосом высокого давления, соединенным с инжектором известен из JP 2002327658. Возвратные трубопроводы 14-17 насоса высокого давления подают избыточное количество топлива назад в соответствующие топливные баки. Проблемой в таких системах является переключение между видами топлива, в частности, переключение с топлива на основе сжиженного пара на жидкое топливо, в частности, когда топливо на основе сжиженного пара подается в жидком состоянии. В топливных трубопроводах, подающих сжиженный нефтяной газ к впуску насоса высокого давления, сжиженный нефтяной газ находится под давлением, предотвращающим испарение. При переключении с сжиженного нефтяного газа на бензин, находящийся под давлением сжиженный нефтяной газ со стороны впуска насоса высокого давления «блокирует» последующую подачу жидкого топлива, поданного при более низком давлении, чем находящийся под давлением сжиженный нефтяной газ. Отдельные блоки впрыска для различных видов топлива являются дорогостоящими. Если для прямого впрыска обоих видов топлива используется насос высокого давления, то в JP 2002327658 происходит нежелательное смешивание топлив.
Задачей изобретения является создание устройства и способа, в которых можно использовать два вида топлива, которые могут быть созданы по низкой цене и могут надежно работать, в частности, обеспечивать и/или улучшать переключение между двумя видами топлива.
Раскрытие изобретения
В первом аспекте настоящего изобретения предлагается способ поочередного впрыска двух видов топлива, включающий:
обеспечение хранилища первого сжиженного нефтяного газового (СНГ) топлива и
обеспечение хранилища второго жидкого топлива,
переключение между двумя топливами путем поочередной подачи топлив к насосу высокого давления, при этом подача жидкого топлива к насосу высокого давления включает в себя обеспечение прохождения жидким топливом обратного клапана,
повышение давления подаваемого топлива насосом высокого давления,
последующий впрыск топлива в двигатель внутреннего сгорания, причем переключение с СНГ на жидкое топливо дополнительно включает расширение поданного СНГ в части трубопровода жидкого топлива.
В одном варианте осуществления изобретения предлагается способ по первому аспекту изобретения, в котором переключение с СНГ на жидкое топливо включает открытие распределительного клапана, установленного поперек обратного клапана.
В одном варианте осуществления изобретения предлагается способ по первому аспекту изобретения, в котором подача топлив к насосу высокого давления включает подачу соответствующих топлив к соединению, расположенному выше по потоку от впуска насоса высокого давления.
В одном варианте осуществления изобретения предлагается способ по первому аспекту изобретения, в котором распределительный клапан, установленный поперек обратного клапана, расположен в байпасном трубопроводе, при этом переключение с СНГ на жидкое топливо включает нагнетание топлива в байпасный трубопровод для поддержания циркуляции.
В одном варианте осуществления изобретения предлагается способ по первому аспекту изобретения, в котором способ включает накопление объема жидкого топлива, при этом переключение с СНГ на жидкое топливо дополнительно включает смешивание СНГ с объемом жидкого топлива.
В одном варианте осуществления изобретения предлагается способ по первому аспекту изобретения, в котором распределительный клапан, установленный поперек обратного клапана, расположен в байпасном трубопроводе, при этом способ включает накопление объема жидкого топлива в байпасном трубопроводе, причем переключение с СНГ на жидкое топливо дополнительно включает нагнетание топлива в байпасный трубопровод для поддержания циркуляции и смешивания СНГ с объемом жидкого топлива.
В одном варианте осуществления изобретения предлагается способ по первому аспекту изобретения, в котором способ включает накопление объема жидкого топлива, при этом переключение с СНГ на жидкое топливо включает смешивание СНГ с объемом жидкого топлива, причем открытие распределительного клапана будет обеспечивать подачу СНГ к объему жидкого топлива.
В одном варианте осуществления изобретения предлагается способ по первому аспекту изобретения, в котором способ включает накопление объема жидкого топлива, при этом переключение с СНГ-топлива на жидкое топливо включает продувку топлива, подаваемого к насосу высокого давления, посредством смешивания с объемом жидкого топлива.
В одном варианте осуществления изобретения предлагается способ по первому аспекту изобретения, в котором переключение с СНГ-топлива на жидкое топливо включает продувку топлива, подаваемого к насосу высокого давления, причем операция продувки включает в себя выравнивание давления подаваемых топлив.
В одном варианте осуществления изобретения предлагается способ по первому аспекту изобретения, в котором переключение с СНГ-топлива на жидкое топливо включает продувку топлива, подаваемого к насосу высокого давления, при этом операция продувки включает в себя по меньшей мере временное накапливание другого топлива и последующую подачу и впрыск накопленного топлива.
В одном варианте осуществления изобретения предлагается способ по первому аспекту изобретения, в котором переключение с СНГ-топлива на жидкое топливо включает продувку топлива, подаваемого к насосу высокого давления, при этом операция продувки включает в себя подачу жидкого топлива под повышенным давлением, причем повышенное давление получают путем использования гидравлического хода средства смещения.
В одном варианте осуществления изобретения предлагается способ по первому аспекту изобретения, в котором переключение с жидкого топлива на СНГ включает в себя увеличение подачи топлива к двигателю на 10-40% об.
Во втором аспекте настоящего изобретения предлагается устройство для двигателя внутреннего сгорания для двух топлив с прямым впрыском, содержащее по меньшей мере один насос высокого давления, выполненный с возможностью соединения с двигателем внутреннего сгорания для прямого впрыска топлива, при этом указанное устройство содержит по меньшей мере хранилище СНГ-топлива и хранилище жидкого топлива, а также трубопроводы СНГ и жидкого топлива, соответственно, проходящие от соответствующих топливных хранилищ к соединению, присоединенному выше по потоку к впуску насоса высокого давления для подачи топлив к указанному насосу, причем трубопроводы снабжены обратными клапанами, при этом устройство содержит контроллер, выполненный с возможностью переключения между двумя топливами и дополнительно выполненный с возможностью обеспечения расширения СНГ, находящегося в топливопроводе в части трубопровода жидкого топлива выше по потоку от обратного клапана, при переключении с СНГ на жидкое топливо.
В одном варианте осуществления изобретения предлагается устройство по второму аспекту изобретения, в котором распределительный клапан установлен поперек обратного клапана в трубопроводе жидкого топлива, при этом контроллер выполнен с возможностью открытия распределительного клапана во время переключения с СНГ на жидкое топливо.
В одном варианте осуществления изобретения предлагается устройство по второму аспекту изобретения, в котором распределительный клапан, установленный поперек обратного клапана, расположен в байпасном трубопроводе, имеющем насос, при этом контроллер выполнен с возможностью переключения на насос в байпасном трубопроводе для поддержания циркуляции при переключении с СНГ на жидкое топливо.
В одном варианте осуществления изобретения предлагается устройство по второму аспекту изобретения, в котором трубопровод жидкого топлива содержит емкость для накопления жидкого топлива, при этом контроллер выполнен с возможностью смешивания подаваемого СНГ с объемом жидкого топлива при переключении с СНГ на жидкое топливо.
В одном варианте осуществления изобретения предлагается устройство по второму аспекту изобретения, в котором распределительный клапан установлен поперек обратного клапана в трубопроводе жидкого топлива, при этом контроллер выполнен с возможностью открытия распределительного клапана во время переключения с СНГ на жидкое топливо, причем распределительный клапан, установленный поперек обратного клапана, расположен в байпасном трубопроводе, имеющем насос, при этом контроллер выполнен с возможностью переключения на насос в байпасном трубопроводе для поддержания циркуляции при переключении с СНГ на жидкое топливо, причем байпасный трубопровод содержит емкость для накопления жидкого топлива, при этом контроллер выполнен с возможностью смешивания подаваемого СНГ с объемом жидкого топлива при переключении с СНГ на жидкое топливо.
В одном варианте осуществления изобретения предлагается устройство по второму аспекту изобретения, в котором трубопровод жидкого топлива содержит емкость для накопления жидкого топлива, при этом контроллер выполнен с возможностью смешивания подаваемого СНГ с объемом жидкого топлива при переключении с СНГ на жидкое топливо, причем открытый распределительный клапан через проточный клапан соединяет топливопровод СНГ с емкостью жидкого топлива.
В одном варианте осуществления изобретения предлагается устройство по второму аспекту изобретения, в котором устройство снабжено блоком продувки для продувки топливопровода, соединенного с насосом высокого давления, при этом блок продувки выполнен с возможностью выравнивания давления в топливопроводе.
В одном варианте осуществления изобретения предлагается устройство по второму аспекту изобретения, в котором устройство снабжено блоком продувки для продувки топливопровода, соединенного с насосом высокого давления, при этом устройство содержит блок управления, соединенный с блоком продувки, расположенный так, чтобы приводить в действие блок продувки при переключении с СНГ на жидкое топливо.
В одном варианте осуществления изобретения предлагается устройство по второму аспекту изобретения, в котором устройство снабжено блоком продувки для продувки топливопровода, соединенного с насосом высокого давления, при этом блок продувки встроен в трубопровод хранилища жидкого топлива к насосу высокого давления.
В одном варианте осуществления изобретения предлагается устройство по второму аспекту изобретения, в котором насос высокого давления содержит обратный топливопровод.
В одном варианте осуществления изобретения предлагается устройство по второму аспекту изобретения, в котором обратный трубопровод насоса высокого давления соединен с хранилищем СНГ-топлива.
В одном варианте осуществления изобретения предлагается устройство по второму аспекту изобретения, в котором трубопровод жидкого топлива содержит второй обратный клапан выше по потоку от (первого) обратного клапана, при этом контроллер дополнительно выполнен с возможностью расширения СНГ, находящегося в топливопроводе в части трубопровода жидкого топлива выше по потоку от обратного клапана и ниже по потоку от второго обратного клапана, при переключении с СНГ на жидкое топливо.
Подробное описание изобретения
По меньшей мере одна из этих задач достигается согласно одному аспекту изобретения путем создания способа попеременного использования двух видов впрыскиваемого топлива. Способ согласно изобретению достигает, по меньшей мере, одну из этих задач изобретения путем обеспечения первого хранилища СНГ-топлива и второго хранилища жидкого топлива, переключения между топливами посредством попеременной подачи топлива к насосу высокого давления, повышения давления подаваемого топлива и последующего впрыска топлива в двигатель внутреннего сгорания.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения переключение с сжиженного нефтяного газа на жидкое топливо позволяет сжиженному нефтяному газу, находящемуся на стороне всасывания насоса высокого давления, расширяться в некоторой степени на протяжении, например, предпочтительно большого участка трубопровода подачи жидкого топлива.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения во время переключения с сжиженного нефтяного газа на бензин, сжиженный нефтяной газ будет смешиваться с подаваемым жидким топливом. Неожиданно автор обнаружил, что смесь сжиженного нефтяного газа с бензином в трубопроводе подачи бензина имеет давление пара, которое регулируется внутри топливной системы бензина, обеспечивая, таким образом, смесь, подаваемую к насосу высокого давления.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения распределительный клапан расположен над проточным клапаном в трубопроводе жидкого топлива. В одном варианте осуществления способа распределительный клапан открывается при переключении с сжиженного нефтяного газа на жидкое топливо.
Еще одна из задач достигается путем обеспечения устройства для двигателя внутреннего сгорания с прямым впрыском, содержащего по меньшей мере один насос высокого давления, выполненный с возможностью соединения с двигателем внутреннего сгорания, для прямого впрыска топлива, при этом устройство содержит по меньшей мере два топливных хранилища для первого топлива и для второго топлива, например, сжиженного газа и бензина, соответственно, а также два топливопровода, проходящих от хранилищ к впуску насоса высокого давления для подачи топлив к упомянутому насосу, причем трубопроводы снабжены обратными клапанами, а контрольный клапан установлен параллельно обратному клапану в топливопроводе бензина.
В дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения устройство содержит по меньшей мере один насос высокого давления, выполненный с возможностью соединения с двигателем внутреннего сгорания, для прямого впрыска топлива, при этом устройство содержит по меньшей мере два топлива, для хранилища первого СНГ-топлива и хранилища второго жидкого топлива. Предпочтительно, по меньшей мере два топливопровода от двух топливных хранилищ проходят к впускной части насоса высокого давления. Топливопроводы могут быть соединены вместе. Топливопроводы выполнены с возможностью нагнетания соответствующих видов топлива к насосу. Для того чтобы предотвратить смешивание топлив, топливопроводы снабжены обратными клапанами. Эти клапаны предпочтительно установлены в непосредственной близости к месту соединения топливопроводов. Клапаны предпочтительно установлены выше по потоку соединения топливопроводов. Следовательно, клапаны расположены между соединением и средством хранения топлива. Соединение расположено дальше выше по потоку впуска в насос.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения устройство содержит блок продувки для продувки топливопровода, соединенного с насосом высокого давления, предпочтительно с впуском насоса, и возможно также с насосом высокого давления. Впуск может быть впускной частью насоса. За счет наличия блока продувки, топливо, имеющееся в топливопроводе, соединенном с насосом высокого давления, во впускной части насоса высокого давления и, возможно, также в самом насосе высокого давления, может быть очищено выбранным альтернативным топливом. Это ускоряет замену преобладающего топлива новым топливом. Переключение на альтернативное топливо осуществляется согласно процедуре переключения. Блок продувки может быть приведен в действие с помощью процедуры переключения и может работать в течение ограниченного периода времени. Блок продувки осуществляет единичную операцию продувки. Продувка может сопровождаться накоплением, например, вновь выбранного топлива. Вновь выбранное топливо может накапливаться временно. Впоследствии осуществление операции по продувке может быть форсировано, при этом преобладающее топливо может быть заменено накопленным топливом.
Следует отметить, что использование узла продувки уже известно из DE 202005007712, в котором также показаны две топливные системы с насосом высокого давления. Однако, это не топливные системы для СНГ. Остаточное биотопливо из насоса высокого давления и инжектора очищается бензином, в частности, перед запуском двигателя. Топливный насос используется для операции по продувке. Операция продувки происходит, например, когда температура падает ниже 20 градусов Цельсия. Используемые топлива имеют одинаковую плотность и давление.
Блок продувки может быть расположен так, чтобы выравнивать давление в топливопроводе. Блок продувки согласно настоящему изобретению используется предпочтительно для продувки топлива на основе сжиженного нефтяного газа из топливопровода и впускной части насоса высокого давления и для его замещения (парами низкого давления) жидким топливом, таким как бензин. Действительно, когда осуществляется эта процедура переключения, в устройствах по предшествующему уровню техники возникают проблемы, и это происходит из-за того, что давление сжиженного газа в трубопроводе подачи насоса высокого давления выше, чем давление в топливном хранилище для бензина. Теперь блок продувки обеспечивает такое переключение. В одном варианте осуществления настоящего изобретения блок продувки содержит средство снижения или выравнивания упомянутого давления до переключения на новое топливо. Средство снижения давления может быть соединено, например, с обратным трубопроводом. Снижение давления может быть достигнуто, например, путем выпуска и, более конкретно, посредством обратного трубопровода.
Устройство может содержать блок управления, соединенный с блоком продувки. Блок управления может быть размещен для приведения в действие блока продувки при переключении с СНГ на жидкое топливо. Блок управления может быть расположен для выполнения и контроля множества необходимых этапов или для переключения с СНГ на жидкое топливо. Блок управления может быть расположен для выполнения и контроля множества необходимых этапов или для переключения с СНГ на жидкое топливо. Блок управления может быть расположен для временного приведения в действие блока продувки таким образом, что это обеспечивает и/или улучшает переключение.
Блок продувки предпочтительно заполнен бензином. Это позволяет продуть топливопровод и насос высокого давления от сжиженного газа при переключении между топливами.
Предпочтительно блок продувки установлен по меньшей мере на одном из топливопроводов. Блок продувки может быть встроен в топливопровод от хранилища сжиженного топлива к насосу высокого давления. Блок продувки расположен выше по потоку насоса высокого давления. Тогда продувка может происходить в направлении потока топлива. В одном варианте осуществления настоящего изобретения подается избыточное количество топлива. Излишек топлива может сбрасываться или может быть возвращен в топливное хранилище.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения блок продувки содержит усилитель для повышения давления топлива. Повышение давления предпочтительно является временным. Усилитель может быть размещен для единичного хода для увеличения давления. Усилитель может быть средством смещения, которое, например, содержит два поршня с разными диаметрами и цилиндр с сужением. Такой усилитель или напорный усилитель давления может проталкивать накопленное топливо через сужение за единственный ход. Выход сужения соединен с топливопроводом. Сжатое топливо может быть очищено через топливопровод и насос и таким образом предпочтительно смещает сжиженный газ, находящийся в топливопроводе. Предпочтительно, впуск или впускную часть насоса также очищают.
Блок продувки предпочтительно является усилителем гидравлического давления. Усилитель давления сам по себе может быть эффективно использован, когда переключение осуществляют так, что достаточное повышение давления достигается при относительно низких затратах при переключении между топливами.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения усилитель имеет выпуск с обратным трубопроводом к баку хранения топлива. Этот выпуск предпочтительно соединен со стороной впуска средства смещения. В обратном трубопроводе может быть распределительный клапан. Соответственно, можно, например, по одному варианту осуществления усилителя давления вернуть поршень назад в исходное положение запуска. Имеющийся в наличии топливный насос может быть использован для подачи и последующего выпуска топлива.
Наиболее предпочтительно, если топливопровод дополнительно содержит обратный клапан в виде байпаса средства смещения. Байпас является «обычным» топливопроводом, по которому в рабочем режиме двигателя главным образом подается топливо от бака хранения к насосу высокого давления. Блок продувки работает во время режима переключения.
Предпочтительно, топливопроводы для различных видов топлива соединяются в месте соединения трубопровода выше по потоку насоса высокого давления. По меньшей мере один топливопровод, предпочтительно, топливопровод сжиженного газа, включает в себя обратный трубопровод к баку хранения топлива выше по потоку упомянутого соединения. Таким образом, обычным образом можно достичь подачи топлива к двигателю внутреннего сгорания. В частности, можно таким образом управлять подачей топлива к насосу высокого давления.
В случае низкого потребления двигателем топлива, топливо в топливопроводе не будет замещаться достаточно быстро.
В устройстве преобразования, в котором существующий двигатель, работающий на бензине или на дизельном топливе, превращается в двигатель, работающий на двух видах топлива, блок управления (БУ) подачей топлива, имеющийся в системе, может быть использован для управления подачей исходного топлива, дизельного или бензина. LPE может быть применен в качестве блока управления подачей СНГ в устройстве преобразования. В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения либо адаптация БУ подачей топлива будет достаточной в варианте осуществления согласно настоящему изобретению, либо адаптация к впуску БУ. Испытания показали, что подача СНГ, увеличенная от 10% об. до 40% об. и, в частности, на 15-25% по отношению к бензиновому топливу, рассчитанная БУ, приводит к требуемой устойчивой работе двигателя внутреннего сгорания. Управление само по себе является исключительно легким и может быть выполнено по очень низкой стоимости.
Для того чтобы предотвратить загрязнение одного топлива другим топливом, а также утечку топлива на основе сжиженного газа, согласно настоящему изобретению предложено встроить задвижку между соединением обратного трубопровода и соединением в топливопроводе. Задвижка обеспечивает безопасное отключение подачи топлива.
В наиболее предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения насос высокого давления содержит обратный трубопровод, более конкретно обратный трубопровод для топлива в виде сжиженного газа. Обратный трубопровод может быть соединен со средством хранения жидкого топлива. Блок продувки соединен с обратным трубопроводом. Таким образом, избыток газового топлива может быть подан к насосу высокого давления, а именно посредством простого блока управления, как предложенный согласно настоящему изобретению, при этом избыточное количество газового топлива может быть подано назад к баку хранения газа.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения двигатель внутреннего сгорания содержит направляющую-распределитель высокого давления. Направляющая-распределитель высокого давления может быть соединена с блоком продувки. Направляющая-распределитель высокого давления может быть расположена ниже по потоку насоса высокого давления. Топливо под давлением, которое подается в камеру сгорания, может быть подано через соединение с блоком продувки, где оно затем может быть собрано.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения участок подачи блока продувки соединен со средством хранения жидкого топлива.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения блок продувки содержит аккумулятор давления. Сторона выпуска аккумулятора давления может быть соединена со стороной всасывания насоса высокого давления, например, посредством распределительного клапана. При переключении топлива накопленное топливо подается из аккумулятора давления к стороне всасывания насоса высокого давления, и таким образом очищает «старое» топливо, предпочтительно, СНГ. Соответственно, давление может быть выравнено таким образом, что это упрощает операцию продувки.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения участок подачи топлива аккумулятора давления соединен с участком выпуска из бака хранения бензина. Соединение предпочтительно содержит насос, например, электрический насос. Это позволяет подавать бензин к аккумулятору в течение более длительного периода времени так, что бензин таким образом может накапливаться.
В дополнительных вариантах осуществления способа по настоящему изобретению переключение с СНГ-топлива на жидкое топливо, предпочтительно, включает в себя продувку топлива, подаваемого к насосу высокого давления. Переключение обеспечивается путем продувки трубопровода для подачи топлива насоса высокого давления (который требуется для впрыска топлива). Может быть очищен впуск или впускная часть насоса.
Операция продувки согласно настоящему изобретению может включать выравнивание давления подаваемых топлив. Выравнивание давления упрощает операцию продувки, обеспечивая таким образом относительно плавное переключение с одного топлива на другое.
При переключении с одного топлива на другое, операция продувки предпочтительно включает по меньшей мере временное накапливание другого топлива и последующую подачу и впрыск накопленного топлива. Это обеспечивает сбор и высвобождение топлива за один ход для того, чтобы вытолкнуть топливо, находящееся в трубопроводе, из трубопровода и впускной части насоса высокого давления.
Продувка включает подачу жидкого топлива под высоким давлением, причем высокое давление получают за счет хода средства смещения. Операцию хода осуществляют предпочтительно с помощью гидравлического средства. В одном варианте осуществления настоящего изобретения топливо используется в качестве гидравлической среды. Это приводит к дополнительной экономии в конструкции блока продувки. Кроме того, конструкция сама по себе обеспечивает большую надежность и безопасность.
Более того, является предпочтительным, чтобы переключение с одного топлива на другое согласно настоящему изобретению включало в себя приведение в действие другого топливного насоса, создание заданного давления с помощью топливного насоса и смещение одного из топлив после того, как достигнут заданный уровень давления. Предпочтительно, смещается одно топливо, преобладающее ниже по потоку трубопровода. Это форсирует переключение на другое топливо.
Можно выключить один топливный насос после того, как достигнут заданный уровень давления. Один топливный насос может продолжать временное нагнетание после требуемого момента переключения, в частности, во время фазы накопления блока продувки.
При переключении с жидкого топлива на топливо на основе сжиженного пара, подача топлива на основе сжиженного нефтяного газа может быть увеличена на 10-40% об. по отношению к объему подаваемого жидкого топлива. Предпочтительно, чтобы двигатель внутреннего сгорания в аналогичных условиях потреблял на 20-30% об. больше сжиженного газа, чем жидкого топлива. Это может быть применено в особенно простой адаптации БУ.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения продувка включает в себя отвод подаваемого топлива с помощью насоса высокого давления. Отвод обеспечивает выравнивание давления. Это позволяет плавно осуществить переключение.
Способ также предпочтительно включает в себя обратную подачу сжиженного газа от насоса высокого давления для прямого впрыска назад в средство хранения топлива. Это позволяет вернуть избыточное количество сжиженного газа.
Изобретение будет описано ниже со ссылками на варианты осуществления настоящего изобретения, проиллюстрированные на чертежах, на которых:
Фиг. 1 представляет собой схематичный вид первого варианта осуществления системы согласно настоящему изобретению;
Фиг. 2 представляет собой схематичный вид второго варианта осуществления системы согласно настоящему изобретению;
Фиг. 3 представляет собой схематичный вид третьего варианта осуществления системы согласно настоящему изобретению;
Фиг. 4 представляет собой схематичный вид четвертого варианта осуществления системы согласно настоящему изобретению.
Первый вариант осуществления системы согласно настоящему изобретению описан со ссылкой на фиг. 1. Система содержит бак 21 для хранения сжиженного пара, такого как СНГ. Однако, следует понимать, что может быть использован любой сжиженный пар. Примеры включают в себя чистый пропан и бутан.
Насос 1 установлен в баке 21 для хранения. Таким образом, топливо удаляют путем засасывания из бака и помещают под высокое давление. Затем топливо закачивают в трубопровод 22 подачи топлива через предохранительный запорный клапан 14. Повышение давления по отношению к баку хранения составляет от 0,5 до 10 бар и, более конкретно, приблизительно от 4 до 6 бар.
Датчик 15 давления соединен с трубопроводом 22 подачи топлива. От может быть подсоединен к LPE (не показано). Датчик 15 давления может быть также соединен с блоком 23 управления. Блок 23 управления выполнен с возможностью управления способом переключения между топливами. Блок 23 управления может быть выполнен с возможностью осуществления обычных функций LPE. Блок 23 управления может быть соединен с управляемым переключателем, приводимым в действие водителем транспортного средства, в котором установлен двигатель внутреннего сгорания с прямым впрыском, позволяя таким образом водителю снимать индикаторную диаграмму и управлять переключением между топливами.
Дополнительный предохранительный запорный клапан 8 установлен на топливопроводе 22. Этот предохранительный запорный клапан закрыт с обоих концов. Обратный клапан 24 расположен дальше ниже по потоку предохранительного запорного клапана 8. Это предотвращает во всех случаях попадание топлива в трубопровод 22 поперек обратного клапана 24.
В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения обратный клапан 24 является клапаном, который может быть закрыт на обоих концах. Это повышает безопасность, поскольку обеспечивает предупреждение утечки газа из обратного трубопровода.
Предохранительные клапаны 14 и 8 полностью открыты, когда система находится в работе, то есть когда устройство работает в режиме, при котором сжиженный газ используется в качестве топлива, и клапаны полностью закрыты, когда система не работает.
Соединение 25 расположено ниже по потоку обратного клапана, который соединен с трубопроводом 26 подачи топлива для другого топлива, в данном случае средством 27 хранения бензина.
Средство 27 хранения бензина снабжено топливным насосом 2. В показанном варианте осуществления настоящего изобретения отвод образован ниже по потоку топливного насоса 2 по направлению к блоку 28 продувки согласно настоящему изобретению.
В варианте осуществления настоящего изобретения по фиг. 1 блок 28 продувки содержит распределительный клапана 4, соединенный с впуском усилителя или напорного усилителя 3. Усилитель 3 давления содержит поршень 12 с большим поперечным сечением, соединенный вдоль плунжера с поршнем 11, имеющим меньшее поперечное сечение. Выпуск канала, в котором установлен поршень 11, соединен с трубопроводом 26 и с соединением 25 с помощью обратного клапана 7. Поршни 11 и 12 расположены в цилиндре, при этом поршень 11 расположен в суженной части.
Топливо может заполнять напорный усилитель через впуск напорного усилителя и через компенсационное отверстие 13. В исходном положении поршни 12, 11 находятся в положении рядом с левой стороной напорного усилителя. Промежуточное пространство между поршнями 12, 11 может быть продуто до средства 27 хранения топлива.
Сторона подачи напорного усилителя дополнительно соединена с обратным трубопроводом 29 посредством запорного клапана 5. Промежуточное пространство между поршнями 12, 11 соединено с обратным трубопроводом.
Дополнительно к этому также имеется байпас 30 напорного усилителя 3. Этот байпас 30 является трубопроводом подачи топлива от средства 27 хранения при обычном режиме работы.
Направляющая-распределитель 31 топлива высокого давления расположена в непосредственной близости к двигателю внутреннего сгорания (не показан). Насос 10 высокого давления встроен в топливопровод ниже по потоку соединения 25 топливопровода и может доводить подаваемое топливо до высокого давления, пригодного для прямого впрыска в двигатель внутреннего сгорания посредством направляющей-распределителя 31 топлива высокого давления. В данном случае показано устройство 50 из четырех цилиндров. Направляющая-распределитель 31 топлива высокого давления содержит четыре схематично представленных инжектора для впрыска в четыре цилиндра. Изобретение может быть применено к любому числу цилиндров.
Обратный трубопровод 32 для сжиженного газа соединен с насосом высокого давления. Этот обратный трубопровод работает только как обратный для сжиженного газа.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения система, работающая на двух видах топлива, согласно настоящему изобретению может быть встроена в существующий двигатель внутреннего сгорания, при этом секция, необходимая для сжиженного газа, может быть добавлена к существующей секции. Двигатель внутреннего сгорания управляется БУ, представленным на фиг. 1, как встроенный блок 2 3 управления. БУ выполнен с возможностью управления подачей топлива, в данном случае, топлива из средства 27 хранения, в соответствии с измеренными параметрами, как это обычно происходит в подобных двигателях внутреннего сгорания. Регулировка является такой, что обратный ход насоса 10 высокого давления не является необходимым, когда топливная система используется с исходным жидким топливом.
В зависимости от требуемого режима работы, который определяется, например, нажатием на педаль акселератора в случае двигателя машины, некоторое количество жидкого топливо должно быть подано через направляющую-распределитель 31 топлива высокого давления. Это количество определяется блоком 13 управления. В зависимости от требуемого количества, блок 23 управления будет управлять подачей из насоса 2.
Согласно настоящему изобретению, когда двигатель внутреннего сгорания переключают на топливо из хранения 1, БУ будет управляться блоком 23 управления таким образом, что инжекторами будет впрыснут объем топлива приблизительно на 20-30% больше. Это увеличение объема приводит к стабильной и эффективной работе двигателя внутреннего сгорания. Такую адаптацию особенно легко осуществить в существующих системах. Значительно снижены затраты.
Обратный поток через обратный трубопровод 32 требуется, например, чтобы удалить путем нагнетания пузырьки пара из трубопровода подачи.
Сужающее средство 9 встроено в обратный трубопровод 32. Рабочее поперечное сечение этого сужающего средства 9 является изменяемым и управляется блоком 23 управления. Следует понимать, что в альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения может быть использовано сужающее средство 9 с неизменяемой вдоль потока поперечной поверхностью. Обратный трубопровод 32 проходит в бак 21. На обратном трубопроводе 32 размещен обратный клапан 20, который может управляться блоком 23 управления. Этот обратный трубопровод закрыт при переключении с сжиженного пара на бензин.
Когда двигатель внутреннего сгорания работает на бензине, работает насос 2, клапаны 4, 5, 8, 14 и 20 заблокированы, при этом насос 1 отключен. Кроме того, обратные клапаны 6, 7 становятся рабочими. Напорный усилитель 11 находится в режиме холостого хода, предпочтительно с ходом влево, как показано на фиг. 1.
Никакое топливо не протекает через блок продувки. БУ или блок 23 управления проверяет подачу топлива обычным образом, используя доступные параметры.
Когда двигатель внутреннего сгорания работает на сжиженном газе (СНГ), насос 1 будет включен, при этом насос 2 будет выключен. Клапаны 4, 5, 6 и 7 заблокированы. Напорный усилитель 3 становится нерабочим, а поршень находится в положении верхнего хода. Клапаны 8, 14, 20 открыты.
В рабочем режиме двигателя внутреннего сгорания, при котором расходуется бензин, водитель может переключать на использование газового топлива. Для того чтобы этого достичь водитель транспортного средства, в которое встроена система, согласно настоящему изобретению, может запускать переключатель. Это приводит в действие систему изменения вида топлива. Блок 23 управления будет координировать операцию переключения. Во-первых, насос 1 сжиженного нефтяного газа может быть активирован. По существу в то же самое время клапан 14 открывается. Датчик 15 давления будет измерять повышение давления в топливопроводе 22. БУ управляет подачей сжиженного газа. БУ отрегулирован на потребление сжиженного газа, которое на 20-30% больше по сравнению с бензином. Когда достигается достаточная величина давления, клапан 8 может быть открыт.Давление в топливопроводе 22 сжиженного нефтяного газа выше, чем давление в трубопроводе подачи бензина. Следовательно, сжиженный газ будет смещать бензин. После заданного периода времени, которое возможно зависит от мгновенного потребления двигателем бензина, насос 2 может быть выключен, завершая таким образом цикл переключения.
Когда происходит переключение с газа на бензин, водитель введет соответствующую инструкцию, при этом блок управления запомнит ее и осуществит некоторое число этапов процедуры согласно настоящему изобретению. Одним из первых этапов будет приведение в действие бензинового насоса 2. По существу в то же самое время клапаны 4 и 5 открываются. Это приводит к потоку бензина через участок блока 28 продувки. После нескольких секунд, например 2-6 секунд, клапаны 5 и 20 закрываются, таким образом приводя в действие напорный усилитель 3. Поршни 11, 12 выполнят ход вправо при непрерывном заполнении бензином левой стороны. Таким образом, бензин будет подаваться со стороны выпуска напорного усилителя через трубопровод 26 к соединению 25 топливопровода, при этом это будет очищать и смещать ниже по потоку сжиженный газ. После заданного короткого промежутка времени, после того, как напорный усилитель начал операцию продувки, клапаны 8 и 20 могут быть закрыты. Это может произойти спустя приблизительно 0,1-2,5 секунды. Насос 1 сжиженного нефтяного газа может быть выключен, и клапан 14 может быть заблокирован.
Процедура переключения выполнена. Процедура применяется предпочтительно для того, чтобы вернуть блок 28 продувки, в частности, усилитель 3, назад в свое исходное положение запуска. Это происходит путем управления клапанами 4 и 5, соответственно. Клапан 4 может быть закрыт, а клапан 5 - открыт. Таким образом, поршень 11, 12 возвращается к своему исходному положению запуска. Дополнительная регулировочная пружина Р толкает поршень 11, 12 назад в его исходное положение запуска.
Блок продувки обеспечивает достижение эффекта смещения с помощью единственного хода поршня 11, 12. В результате переход от существующих систем к системам, работающим на двух видах топлива, согласно настоящему изобретению может быть осуществлен при низких затратах.
На фиг. 2 показан второй вариант осуществления системы подачи двух видов топлива в камеру сгорания, в котором блок продувки применяется для того, чтобы упростить переключение между топливами, в частности, переключение между сжиженным газом, таким как СНГ, и бензином, а именно, в сочетании с двигателем внутреннего сгорания с прямым впрыском.
Вариант осуществления настоящего изобретения, показанный на фиг. 2, содержит двигатель внутреннего сгорания с прямым впрыском и с четырьмя цилиндрами 50, в которые топливо впрыскивается через направляющую-распределитель 31 топлива высокого давления, инжекторы которой не показаны. Направляющая-распределитель 31 топлива высокого давления соединена ниже по потоку с выпуском высокого давления насоса 10 высокого давления. Насос 10 высокого давления соединен с помощью отдельных каналов с соответствующими топливными хранилищами 21 и 27 для сжиженного газа, такого как СНГ, и для бензина. В каналы встроены обратные клапаны 40, 41, 42, которые предотвращают перетекание топлива назад через трубопроводы подачи к средству хранения 21 и 27. Трубопроводы подачи топлива могут содержать насос 1,2 для подачи топлива от средства хранения к каналам и, в конце концов, к насосу 10 высокого давления. Фиг. 2 является упрощенным представлением системы, показанной на фиг. 1. Следует отметить, что в показанном варианте осуществления настоящего изобретения обратные трубопроводы и средство управления установлены, но не показаны на чертеже.
В варианте осуществления настоящего изобретения, показанном на фиг. 2, блок продувки образован аккумулятором 44 давления, схематично представленным как шар 45, содержащий мембрану 46. Мембрана отделяет сторону 47 для газа, в которой образуется заданное количество газа, от стороны 48 для жидкости. Сторона 48 для жидкости может быть опорожнена через распределительный клапан 49 и соединена с питающим каналом 52 для подачи бензина к насосу 10 высокого давления.
Для того чтобы переключить с сжиженного нефтяного газа на бензин, бензин накапливается в аккумуляторе 44 давления согласно способу, описанному более подробно ниже. Например, когда водитель машины, в которой установлен как показанный двигатель внутреннего сгорания с прямым впрыском, хочет переключить с сжиженного газа на бензин, клапан 49 может быть открыт и накопленный бензин пройдет своим путем через канал 52 к насосу 10 высокого давления, в котором пар, находящийся между обратными клапанами 41 и 42 смещается бензином, и переключение между видами топлива может быть осуществлено без возникновения проблем.
Бензин может накапливаться в аккумуляторе 44 давления несколькими путями. Это указано пунктирными линиями на фиг. 2.
Первым вариантом может быть подача бензина из хранилища 27 с помощью схематично представленного насоса 60. Это может быть электрический насос, соединенный с батареей. Производительность насоса 60 может быть маленькой, поскольку часто есть достаточно времени после его использования во время переключения для перезагрузки аккумулятора, т.е. для того, чтобы заполнить его топливом. Бензин собирается на стороне 48 для жидкости и может быть выпущен только через клапан 49.
Другим вариантом, также указанным пунктирными линиями, может быть соединение трубопровода подачи со стороной 48 для жидкости аккумулятора 44 давления посредством Т-образного элемента, установленного на направляющей-распределителе 31 топлива высокого давления. Таким образом, образован отвод, через который топливо, преобладающее при высоком давлении в направляющих-распределителях 31 топлива высокого давления, может быть подано к стороне 48 для жидкости. Распределительные клапаны и запорные клапаны, известные специалистам в данной области техники, могут быть использованы, чтобы непрерывно вновь загружать аккумулятор давления для каждого последующего цикла переключения. Например, можно разместить средство управления, чтобы обеспечить подачу к аккумулятору давления только когда давление внутри направляющей-распределителя 31 топлива высокого давления достигло минимального давления, равного, например 60 бар. Это обеспечивает, что в аккумуляторе давления происходит наполнение с достаточным давлением для того, чтобы осуществить требуемый эффект продувки во время цикла переключения, смещая таким образом сжиженный газ.
Еще одним вариантом, или возможно дополнительным вариантом, является использование схематично представленного перепускного клапана 64, который установлен на направляющей-распределителе 31 высокого давления. Этот клапан 64 находится для того, чтобы защищать направляющую-распределитель 31 высокого давления от перегрузки. Клапан 64 будет открываться, когда достигается некоторое пороговое давление. Перепускной клапан может быть соединен с аккумулятором. Соединение 65 может включать в себя соответствующие управляемые запорные клапаны и клапаны.
В этом последнем варианте осуществления настоящего изобретения блок управления 23 подачей СНГ может быть расположен для того, чтобы создавать временное состояние высокого давления в направляющей-распределителе 31 высокого давления, используя насос 10 высокого давления. Это будет приводить к открытию перепускного клапана 64 так, что бензин может достигать аккумулятора и храниться в нем, пока не будет задан цикл переключения. Это временное повышение давления может быть кратким по длительности. Объем бензина, требуемый для продувки, является достаточно маленьким.
На фиг. 3 показан еще один вариант осуществления устройства, которое подходит для использования и переключения между двумя видами топлива, в котором особенно улучшено переключение с СНГ на бензин в качестве топлива. Следует отметить, что обратные трубопроводы, а также блок управления, предусмотрены в показанном варианте осуществления настоящего изобретения, но не показаны на чертеже.
Два топливных хранилища 21 и 27 соединены с насосом 10 высокого давления двигателя внутреннего сгорания с прямым впрыском. Специалисты в данной области техники способны выполнить соответствующие каналы.
В этом варианте осуществления настоящего изобретения продувочный клапан 70 насоса 10 высокого давления соединен с угольным фильтром 71. Продувочный клапан 70 представлен схематично снаружи насоса 10 высокого давления. Давление/топливо может быть быстро спущено через продувочный клапан 70 со стороны 72 всасывания насоса 10 высокого давления. Эта функциональность может быть применена при переключении на бензиновое топливо. Путем продувки сжиженного газа бензин может быть подан с помощью бензинового насоса 2 на сторону всасывания насоса высокого давления, после чего происходит переключение. Блок управления (не показан), пригодный для этой задачи, может быть соединен с насосом 2 и клапаном 70 для того, чтобы осуществить это переключение, обеспечивая таким образом чтобы операция переключения была правильно рассчитана по времени. Продувка сжиженного нефтяного газа, находящегося в трубопроводе, может быть осуществлена, пока давление на стороне 72 всасывания ниже, чем давление, необходимое для возврата топлива с помощью насоса 2.
Угольный фильтр 71 может быть соединен с клапаном 70 для того, чтобы предотвратить выпуск сжиженного нефтяного газа в окружающую среду. От фильтра 71 может проходить канал 73, который подает СНГ назад к двигателю через схематично представленный распределительный клапан 75, пригодный для этой задачи. Угольный фильтр может быть затем восстановлен.
Блок продувки согласно этому варианту осуществления настоящего изобретения включает операцию продувки, при которой преобладающий пар отводится и затем смещается бензином. Предпочтительно очищают впускную часть или сторону подачи насоса высокого давления.
Фиг. 4 является схематичным представление другого варианта осуществления настоящего изобретения. Для этого байпас в виде распределительного клапана 102 установлен поперек обратного клапана 100 на трубопроводе 101 подачи бензина, который расположен так, чтобы предотвращать возврат топлива к резервуару хранения 27 бензина. Во время процедуры переключения или непосредственно перед тем как начнется переключение, давление сжиженного нефтяного газа на стороне 103 всасывания насоса 10 высокого давления выше, чем давление, которое может быть создано бензиновым насосом 2.
Когда осуществляется переключение, клапан 20 закрывается, при этом клапан 102 открывается. Открытие клапана 102 во время переключения видов топлива позволяет СНГ, находящемуся на стороне 103 всасывания, в некоторой степени расширяться, например, предпочтительно на большом участке трубопровода 101 подачи бензина. СНГ будет смешиваться с подаваемым топливом. Неожиданно автор обнаружил, что смесь СНГ с бензином в трубопроводе подачи бензина имеет давление пара, которое регулируется внутри бензиновой топливной системы, таким образом позволяя подавать смесь к насосу 10 высокого давления. Операция открытия клапана 102 может быть точно спланирована по времени, предпочтительно непосредственно перед тем, как бензин начнет собираться напротив обратного клапана 100.
На перепускном трубопроводе 105 (который обходит обратный клапан 100), который доступен газу после того как началось переключение и клапан 102 был открыт, пар будет рассредоточиваться на гораздо большем участке трубопроводов подачи топлива. Байпас 105 может дополнительно содержать насос 104 для поддержания циркуляции. Байпас 105 соединяет точку особенно выше по потоку клапана 20 с соединением в системе подачи конкретно ниже по потоку обратного клапана 106. Циркуляция 104 выполнена для того, чтобы создать искусственный контур топлива, в котором СНГ, находящийся под высоким давлением, смешивается с вновь подаваемым топливом непосредственно перед переключением на новое топливо. Это смешивание под действием насоса 104 высокого давления предотвращает образование карманов СНГ, которые в противном случае могут иметь обратное воздействие на плавный ход двигателя.
Фиг. 4 относится именно к другому аспекту. Следует отметить, что обратные трубопроводы, также как блок управления предусмотрены в показанном варианте осуществления настоящего изобретения, но не показаны на чертеже.
Фиг. 4 относится в частности, к изобретению, в котором предложено устройство для двигателя внутреннего сгорания с прямым впрыском, причем устройство содержит по меньшей мере один насос высокого давления, соединенный с двигателем внутреннего сгорания для прямого впрыска топлива, при этом указанное устройство содержит по меньшей мере два топливных хранилища для первого топлива и для второго топлива, например сжиженного газа и бензина, соответственно, а также два трубопровода, проходящих от хранилищ к впуску насоса высокого давления для подачи топлив к указанному насосу, причем трубопроводы снабжены обратными клапанами, а в трубопроводе подачи бензина поперек обратного клапана установлен распределительный клапан. Этот управляемый клапан расположен так, что он обеспечивает расширение сжиженного газа, находящегося на стороне всасывания насоса высокого давления, в трубопроводе подачи бензина.
Управляемый клапан соединен с блоком управления. Блок управления содержит управляемый переключатель для переключения подачи топлива. Блок управления выполнен с возможностью открытия распределительного клапана при переключении с СНГ на бензин.