ДВУХТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА ПИТАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ С ЭЛЕКТРОННЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

Полезная модель относится к автомобилестроению, а именно к системам питания автомобильных двигателей внутреннего сгорания.
Из существующего на данный момент уровня техники известны системы питания автомобильных двигателей внутреннего сгорания, обеспечивающие возможность работы двигателя как на бензине, так и на газовом топливе. Одна из подобных систем описана в патенте РФ №2099574 С1, МПК F 02 M 43/00, опубл. 20.12.1997, и представляет собой двухтопливную систему питания двигателя, включающую в себя бензиновую и газовую системы питания, а также устройство переключения между бензиновой и газовой системами питания. При этом бензиновая система питания содержит в своем составе бензобак, из которого при помощи бензонасоса бензин через бензиновый фильтр подается во впускной тракт двигателя к диффузору карбюратора. А газовая система питания содержит в своем составе газовый баллон с мультиклапаном, из которого газовое топливо последовательно через электромагнитный газовый клапан, газовый фильтр и газовый редуктор подается к газовому смесителю, установленному во впускном тракте двигателя перед карбюратором.
Двухтопливная система питания, описанная в патенте РФ №2099574, предназначена для эксплуатации совместно с карбюраторным двигателем без электронного управления и не может быть использована совместно с двигателем, на котором бензиновая система питания представляет собой инжекторную систему с электронным микропроцессорным управлением.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является разработка двухтопливной газобензиновой системы питания для двигателя с электронным микропроцессорным управлением.
Техническая задача решена в двухтопливной системе питания двигателя внутреннего сгорания, которая включает в себя бензиновую и газовую системы питания, а также устройство переключения между бензиновой и газовой системами питания. Бензиновая система питания содержит в своем составе бензобак, из которого при помощи бензонасоса бензин через бензиновый фильтр подается во впускной тракт двигателя. Газовая система питания содержит в своем составе газовый баллон с мультиклапаном, из которого газовое топливо последовательно через электромагнитный газовый клапан, газовый фильтр и газовый редуктор подается к газовому смесителю, установленному во впускном тракте двигателя. Бензонасос в бензиновой
системе питания выполнен электрическим и осуществляет подачу бензина во впускной тракт двигателя последовательно через бензиновый фильтр, топливный аккумулятор с регулятором давления и электромагнитные форсунки, установленные в зоне впускных клапанов двигателя. При этом регулятор давления поддерживает постоянной разницу в давлениях бензина в топливном аккумуляторе и воздуха во впускном тракте двигателя. Газовый редуктор, снабженный электромагнитным пусковым клапаном, регулировочным винтом холостого хода, а также трубопроводом подвода и отвода жидкости из системы охлаждения двигателя для подогрева, размещен по ходу потока впускаемого в двигатель заряда после датчика массового расходования воздуха и перед дроссельным узлом. В корпусе газового смесителя размещен диффузор, снабженный в узкой части соплами для подачи газового топлива в воздушный поток, протекающий во впускном тракте двигателя. По ходу потока свежего заряда после диффузора газового смесителя установлен обратный клапан, а далее по периметру впускного тракта выполнены отверстия, закрытые эластичным резиновым кольцом. При работе двигателя на бензине к электрическому бензонасосу подается электропитание, а электронный блок управления на основании данных полученных от датчика положения распределительного вала, датчика частоты вращения коленчатого вала, датчика положения воздушной дроссельной заслонки, датчика детонации, датчика массового расходования воздуха, датчика температуры охлаждающей жидкости и датчика температуры воздуха во впускном трубопроводе подает управляющие сигналы на электромагнитные форсунки. Кроме того, электронный блок управления может подавать управляющие сигналы на электромагнитные форсунки с учетом информации полученной от датчика остаточного кислорода, если он установлен в выпускном тракте двигателя. Устройство переключения между бензиновой и газовой системами питания включает в себя переключатель вида топлива, реле отключения бензонасоса и имитатор работы форсунок. Переключатель вида топлива подключен к газовому клапану и к реле отключения бензонасоса, установленное в разрыв силового провода управления бензонасосом, а имитатор работы форсунок включается в разрыв цепи управления форсунками и запитывается через переключатель вида топлива. При переведении переключателя вида топлива в положение для работы двигателя на газовом топливе реле отключения бензонасоса прерывает подачу электропитания на бензонасос, а имитатор работы форсунок обеспечивает их отключение от поступающих из электронного блока управления управляющих сигналов. В разрыв сигнального провода датчика остаточного кислорода установлено электронное устройство, которое при переведении переключателя вида топлива в положение для работы двигателя на газовом топливе выдает на электронный блок управления сигнал оптимальной смеси и, обрабатывая сигнал от датчика остаточного кислорода, индицирует информацию о состоянии топливной смеси с помощью одного трехцветного светодиода. При этом переключатель вида топлива может представлять собой либо двухпозиционный переключатель с ручным переключением, либо
электронный переключатель, выбирающий вид топлива в зависимости от режима работы двигателя. В случае если переключатель вида топлива представляет собой электронный переключатель, то его выполняют таким образом, что он обеспечивает работу двигателя на бензине при его запуске и работе на частоте вращения коленчатого вала ниже 2500 оборотов в минуту, а при превышении указанной частоты вращения переключатель вида топлива обеспечивает работу двигателя на газовом топливе.
Предложенное техническое решение поясняется чертежами, на которых изображено:
на фиг.1 - схема двухтопливной системы питания двигателя с электронным управлением;
на фиг.2 - вариант выполнения газового смесителя;
на фиг.3 - схема имитатора работы электромагнитных форсунок.
Согласно предложенному техническому решению работа двигателя 1 внутреннего сгорания обеспечивается бензиновой и газовой системами питания, подающими соответственно бензин или газовое топливо во впускной тракт двигателя. При этом интегрирование бензиновой и газовой систем питания во впускной тракт двигателя выполнено таким образом, что поступающий в двигатель воздух последовательно проходит через воздушный фильтр 2, датчик 3 массового расходования воздуха, диффузор газового смесителя 4, обратный клапан 5, дроссельный узел 6, ресивер 7 свежего заряда и далее через отдельные для каждого цилиндра каналы впускного коллектора и головки блока цилиндров и клапанные щели впускных клапанов попадает в цилиндры двигателя 1.
Часть двухтопливной системы питания, обеспечивающая работу двигателя 1 на бензине, включает в себя бензобак 8, бензонасос 9, бензиновый фильтр 10, регулятор 11 давления, топливный аккумулятор 12 и электромагнитные форсунки 13. Бензонасос 9 состоит из электрического двигателя постоянного тока с постоянными магнитами и многоячеечного насоса и может быть выполнен как погруженного типа, так и быть установленным вне бензобака 8. Бензонасос 9 предназначен для подачи бензина из бензобака 8 по подающему топливопроводу 14 последовательно через бензиновый фильтр 10, топливный аккумулятор 12 с регулятором 11 давления и электромагнитные форсунки 13 во впускной тракт двигателя 1. Назначение бензинового фильтра 10 связано с необходимостью очистки топлива от различных загрязнений и механических частиц размером более 10 мкм. Регулятор 11 давления предназначен для поддержания давления в топливном аккумуляторе 12 постоянным по отношению к давлению воздуха во впускном тракте двигателя 1, для чего он связан с ресивером 7, а избыток поступающего бензина перепускает обратно в бензобак 8 по сливному топливопроводу 15. Топливный аккумулятор 12 выполняет роль ресивера, демпфируя колебания давления топлива в зоне расположения форсунок 13, возникающих вследствие импульсного характера их открытия и закрытия. Рабочее давление топлива в таких системах обычно имеет значение
0,2...0,4 МПа. Форсунки 13 с электромагнитным управлением обеспечивают впрыскивание топлива в виде факела на впускные клапаны двигателя 1, над которыми они размещены. Калиброванное отверстие форсунки закрывается иглой, управляемой с помощью соленоида, плунжер которого втягивается при протекании тока через его обмотку. После прекращения электрического импульса игла под действием пружины вновь опускается и, закрывая отверстие, прекращает подачу топлива.
Часть двухтопливной системы питания, обеспечивающая работу двигателя 1 на газовом топливе, включает в себя газовый баллон 16 с мультиклапаном 17 и заправочным устройством 18, из которого газовое топливо последовательно по газопроводу 19 высокого давления через электромагнитный газовый клапан 20 и газовый фильтр 21 подается к газовому редуктору 22, который газопроводом 23 низкого давления сообщен с газовым смесителем 4, установленным во впускном тракте двигателя. Газовый редуктор 22 снабжен электромагнитным пусковым клапаном 24, регулировочным винтом холостого хода, а также трубопроводом 25 подвода и отвода жидкости из системы охлаждения двигателя для подогрева. Газовый редуктор 22 предназначен для испарения газового топлива в случае хранения его в баллоне 16 в сжиженной фазе, а также для приведения давления газового топлива к значению близкому к атмосферному. Газовое топливо из газового редуктора 22 поступает в газовый смеситель 4, который содержит корпус 26, обратный клапан 5, штуцера 27 подачи газового топлива и диффузор 28, снабженный соплами 29. Корпус 26 снабжен отверстиями 30, размещенными по периметру цилиндрической поверхности и закрытыми эластичным резиновым кольцом 31. При работе двигателя 1 через смеситель 4 проходит воздушный поток, отклоняя заслонку 5 до положения представленного штриховой линией. Когда двигатель 1 работает на газовом топливе, газ поступает по каналу штуцера 27 в смеситель 4 и выходит равномерно по сечению через сопла 29, выполненные в узкой части диффузора 28, в воздушный поток, протекающий во впускном тракте двигателя 1. В случае возникновении обратной волны во впускном тракте двигателя 1, связанной с неправильной работой системы зажигания или обеднением горючей смеси, происходит закрытие обратного клапана 5 и воздушный поток из цилиндра двигателя выходит в подкапотное пространство через отверстия 30, отжимая уплотнительное эластичное резиновое кольцо 31.
Устройство переключения между бензиновой и газовой системами питания включает в себя переключатель 32 вида топлива, реле 33 отключения бензонасоса 9, имитатор 34 работы форсунок 13 и эмулятор 35 датчика 36 остаточного кислорода. Переключатель 32 вида топлива подключен к электромагнитному газовому клапану 20 и к реле 33 отключения бензонасоса 9, установленное в разрыв силового провода управления бензонасосом 9, а имитатор 34 работы форсунок включается в разрыв цепи управления форсунками 13 и запитывается через переключатель 32 вида топлива. Эмулятор 35 датчика 36 остаточного кислорода представляет собой электронное
устройство, установленное в разрыв сигнального провода датчика 36 остаточного кислорода, которое при работе двигателя 1 на газовом топливе выдает на электронный блок 37 управления сигнал оптимальной смеси и, обрабатывая сигнал от датчика 36 остаточного кислорода, индицирует информацию о состоянии топливной смеси с помощью одного трехцветного светодиода.
Работой двигателя управляет электронный микропроцессорный блок 37 управления, осуществляющий подачу бензина в двигатель 1 и искрообразование в его цилиндрах на основании информации, поступающей в него от ряда датчиков, а именно: датчика 38 положения распределительного вала, датчика 39 частоты вращения коленчатого вала, датчика 40 положения воздушной дроссельной заслонки, датчика 41 детонации, датчика 3 массового расходования воздуха, датчика 42 температуры охлаждающей жидкости, датчика 43 температуры воздуха во впускном трубопроводе и датчика 36 остаточного кислорода в выпускном тракте двигателя.
При переведении переключателя 32 вида топлива в положение для работы двигателя 1 на газовом топливе реле 33 отключения бензонасоса прерывает подачу электропитания на бензонасос 9, а имитатор 34 работы форсунок 13 обеспечивает их отключение от поступающих из электронного блока 37 управления управляющих сигналов. При этом переключатель 32 вида топлива может представлять собой либо двухпозиционный переключатель с ручным переключением, либо электронный переключатель, выбирающий вид топлива в зависимости от режима работы двигателя 1. В случае если переключатель 32 вида топлива представляет собой электронный переключатель, то его выполняют таким образом, что он обеспечивает работу двигателя 1 на бензине при его запуске и работе на частоте вращения коленчатого вала ниже 2500 оборотов в минуту, а при превышении указанной частоты вращения переключатель вида топлива обеспечивает работу двигателя на газовом топливе. При работе двигателя 1 на газовом топливе эмулятор 35 датчика 36 остаточного кислорода принимает сигнал от указанного датчика 36, обрабатывает его и индицирует информацию о состоянии топливной смеси с помощью трехцветного светодиода. Свечение светодиода зеленым цветом указывает на обедненную смесь, желтого цвета - нормальная смесь и красный - обогащенную смесь, что позволяет осуществлять контроль подачи газового топлива на всех режимах и регулировку газовой системы питания.