ЭЛЕКТРОННО-УПРАВЛЯЕМОЕ ЭЛЕКТРОФАКЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ХОЛОДНОГО ПУСКА ДИЗЕЛЯ
ELECTRONICALLY CONTROLLED ELECTRIC TORCH DEVICE AND METHOD OF DIESEL COLD START

Изобретение относится к поршневым двигателям внутреннего сгорания, а более конкретно к пусковым устройствам дизелей.
Для обеспечения пуска холодного дизеля возможно применение различных устройств, с помощью которых так или иначе осуществляется влияние на внутрицилиндровый рабочий процесс сгорания топлива. Наиболее простое из них состоит из спирали, накаливаемой электрическим током от аккумуляторных стартерных батарей. Однако они не нашли широкого применения вследствие достаточно низкой эффективности пуска дизеля и относительно большого потребления электрической энергии из аккумуляторов.
Наиболее распространены пусковые устройства дизелей [1, 2], содержащие непосредственно электрофакельное устройство с жиклером и спиралью накаливания, электромагнитный топливный клапан, электротермическое реле. Такие устройства подключены к магистрали низкого давления топлива. Топливо подается в электрофакельное устройство на нагретую, открытую спираль накаливания и воспламеняется, образуя факел пламени во впускном коллекторе дизеля. С помощью горящего факела продукты сгорания и нагретый воздух попадают в цилиндры двигателя. Электрофакельное устройство отключается после выхода дизеля на устойчивый режим работы.
В другом устройстве [3] используется специальная жидкость на базе диэтилового эфира с низкой температурой самовоспламенения, которая впрыскивается через распылитель во впускной коллектор дизеля. Она способствует воспламенению базового топлива при сжатии заряда внутри цилиндров дизеля. Недостатками, ограничивающими применение этого устройства, являются необходимость дополнительной системы обеспечения подачи низковоспламеняющийся жидкости и необходимость наличия дополнительного топлива на борту объекта.
Известно также техническое решение, где в электрофакельное устройство топливо подается под высоким давлением из магистрали высокого давления топливоподающей системы [4]. Недостатком этого устройства является весьма короткое время его действия - только во время впрыскивания форсунки, поэтому энергии для прогрева двигателя уже после его пуска недостаточно.
Пусковые устройства дизелей, аналогичные [1, 2], устанавливаются на дизели автомобилей КамАЗ, ЗИЛ и наддувные модели дизелей ЯМЗ. В комплект электрофакельного устройства входят факельные штифтовые свечи, электромагнитные топливные клапаны, добавочный резистор с электротермическим реле, а также кнопочный выключатель, реле блокировки и отключения обмотки возбуждения генератора, лампа контроля работы и топливопроводы. Основным устройством, обеспечивающим получение факела для нагрева поступающего в цилиндры воздуха, является факельная штифтовая свеча. Факельная штифтовая свеча имеет корпус, внутри которого расположен нагревательный элемент, выполненный в виде однопроводной свечи закрытого типа. Спираль факельной штифтовой свечи помещена в тонкий металлический кожух, заполненный периклазом. На корпусе факельной штифтовой свечи расположен штуцер для подсоединения ее к топливопроводу, а в нижней части имеется резьба для крепления ее на впускном трубопроводе. В нужном положении факельная штифтовая свеча фиксируется контргайкой. В топливном штуцере располагается жиклер, обеспечивающий дозирование топлива и фильтр.
Недостатком таких конструкций является закоксовывание дозирующего отверстия электрофакельного устройства вследствие его малой площади. Увеличение площади дозирующего отверстия невозможно вследствие необоснованно повышенного расхода топлива, при котором факел пламени сжигает такое количество кислорода воздуха поступающего в цилиндры дизеля, что его не хватает для обеспечения горения пусковой цикловой подачи топлива, которая обычно в 2…3 раза больше номинальной.
Этого недостатка можно избежать, применив электронно-управляемое электрофакельное устройство, что позволяет увеличить распыливающее отверстие, а топливо подавать дискретно, небольшими порциями с частотой, достаточной для поддержания непрерывного горения факела пламени.
Итак, сущность изобретения состоит в том, что электронно-управляемое электрофакельное устройство, содержащее, по крайней мере, одну электрофакельную штифтовую свечу, установленную во впускной коллектор и соединенную с магистралью низкого давления топливоподающей системы, дополнительно оснащено электронным блоком управления с широтно-импульсным модулятором, электрически соединенным с датчиками частоты вращения и температуры охлаждающей жидкости, с электромагнитным топливным клапаном, электрофакельной штифтовой свечой, с реле отключения генератора, реле подключения стартера к аккумуляторным батареям, причем в электроцепь включены лампа контроля работы и кнопка включения электрофакельного устройства.
Предложенное решение обладает существенными отличиями от прототипа, так как дополнительно оснащено электронным блоком управления, электрически соединенным с датчиком частоты вращения; с датчиком охлаждающей жидкости, с электромагнитным топливным клапаном, установленным совокупно с электрофакельным устройством с повышенной энергоотдачей.
Научная новизна предложенного устройства заключается в возможности с помощью него осуществлять теоретически обоснованный режим прогрева электрофакельного устройства до температуры накаливания, поддержания его при необходимой температуре в режиме сопровождения периода прогрева дизеля с целью уменьшения «белого дымления» и в возможности осуществлять импульсный режим подачи топлива через увеличенное проходное сечение электромагнитного топливного клапана, практически исключающее его закоксовывание.
Способ подогрева всасываемого воздуха в случае использования электофакельного устройства состоит в следующем. Поступающее под низким давлением топливо подается во внутреннее пространство факельной штифтовой свечи. Попадая на предварительно раскаленный штифт свечи, топливо испаряется, газифицируется с образованием неконденсируемых паров метана. В результате смешивания испарившейся части топлива с поступающим во впускной трубопровод воздухом, в нижней части факельной штифтовой свечи происходит воспламенение смеси с выделением тепловой энергии. Для предохранения факела от срыва пламени при работе дизеля факельная штифтовая свеча снабжена кожухом с отверстиями. Это обеспечивает поддержание устойчивого горения при работе дизеля в режиме самостоятельной работы после его пуска (режим сопровождения), что необходимо для быстрого начала работы всех цилиндров, при этом бортовое напряжение на факельной штифтовой свече поднимается до 28 В при работе генераторной установки.
воспл
н
п.шим
воспл
з.шим
1
з.шим
Сущность предлагаемого способа холодного пуска дизеля заключается в том, что на электофакельную штифтовую свечу подают напряжение на время, характеризующее нормальное время нагрева элкетрофакельной штифтовой свечи до рабочего состояния, а топливо из магистрали низкого давления подается через электромагнитный топливный клапан на электроуправляемую штифтовую свечу, воспламеняется и сгорает, образуя факел пламени, который засасывается в цилиндры дизеля, причем зависимость времени нагрева электрофакельной штифтовой свечи до температуры воспламенения Т определяется косвенно путем учета напряжения при накаливании электрофакельной штифтовой свечи в соответствии с временем ее разогрева t при различных температурах окружающей среды. В электронном блоке управления однозначно устанавливают величину широтно-импульсной модуляции с коэффициентом заполнения К и осуществляют импульсное управление электромагнитным топливным клапаном с частотой, достаточной для непрерывного поддержания факела пламени; затем с помощью датчика температуры охлаждающей жидкости определяют температуру дизеля и в зависимости от ее величины осуществляют расчет времени разогрева электрофакельной штифтовой свечи до температуры воспламенения Т; далее подают сигнал на включение электронно-управляемого электрофакельного устройства, что соответствует подаче напряжения на широтно-импульсный модулятор с оптимальным для каждого режима работы дизеля коэффициентом заполнения К на электромагнитный топливный клапан электрофакельной штифтовой свечи электронно-управляемого электрофакельного устройства и подаче напряжения на лампу контроля работы электронно-управляемого электрофакельного устройства, причем если в течение времени пуска t не происходит пуска дизеля, то на электрофакельную штифтовую свечу подается напряжение широтно-импульсной модуляции с коэффициентом заполнения К для стабилизации ее температуры и пуск повторяется в той же последовательности, а если пуск снова не состоялся, то электронно-управляемое электрофакельное устройство отключают и гасят лампу контроля работы, если пуск дизеля состоялся, то напряжение на электрофакельной штифтовой свече сохраняют и подают напряжение широтно-импульсного модулятора на электромагнитный топливный клапан, причем на лампу контроля работы подают соответствующий сигнал, а после периода, достаточного для прогрева дизеля после пуска, снимают напряжение питания с электрофакельных штифтовых свечей, электромагнитного топливного клапана и лампы контроля работы.
На чертеже показан общий вид электронно-управляемого электрофакельного устройства.
Электронно-управляемое электрофакельное устройство представляет собой факельную штифтовую свечу 1, установленную во впускной коллектор 2, и электромагнитный топливный клапан 3, соединенный через магистраль низкого давления 4 и фильтр тонкой очистки 5 с топливоподкачивающим насосом 6, который через фильтр грубой очистки 7 соединен с топливным баком 8. Факельная штифтовая свеча 1 электрически соединена с электронным блоком управления 9, соединенным через выключатель 10 с аккумуляторной батареей 11, датчиками температуры масла 12, температуры охлаждающей жидкости 13, температуры топлива 14, частоты вращения 15. Магистраль низкого давления 4 соединена с топливным насосом высокого давления 16, который через магистраль высокого давления 17 соединен с форсунками 18, а блок управления 9 дополнительно соединен с реле 19 блокировки генератора; через ключ зажигания 20 - с реле стартера 21 и с лампой 22 контроля работы.
п.шим
Система работает следующим образом. На факельную штифтовую свечу 1 подают напряжение на время, характеризующее нормальное время нагрева факельной штифтовой свечи 1 до рабочего состояния, а топливо из магистрали низкого давления 4 подается через электромагнитный топливный клапан 3 на факельную штифтовую свечу 1, воспламеняется и сгорает, образуя факел пламени, который засасывается в цилиндры двигателя, причем зависимость времени нагрева факельной штифтовой свечи 1 до температуры воспламенения определяется косвенно путем учета напряжения при накаливании факельной штифтовой свечи 1 в соответствии с временем ее разогрева при различных температурах окружающей среды. В электронном блоке управления 9 однозначно устанавливают величину широтно-импульсной модуляции с коэффициентом заполнения К и осуществляют импульсное управление электромагнитным топливным клапаном 3 с частотой, достаточной для непрерывного поддержания факела пламени; затем с помощью датчика температуры 13 определяют температуру дизеля и в зависимости от ее величины осуществляют расчет времени разогрева факельной штифтовой свечи до температуры воспламенения; далее подают сигнал на включение электрофакельного устройства, что соответствует подаче напряжения на широтно-импульсный модулятор с оптимальным для каждого режима работы дизеля коэффициентом заполнения факельной штифтовой свечи 1 электронно-управляемого электрофакельного устройства и подаче напряжения на лампу 22 контроля работы электронно-управляемого электрофакельного устройства, причем если в течение времени пуска не происходит пуска дизеля, то на факельную штифтовую свечу 1 подается напряжение для стабилизации ее температуры и пуск повторяется в той же последовательности, а если пуск снова не состоялся, то электрофакельное устройство отключают и гасят лампу 22 контроля работы, если пуск дизеля состоялся, то напряжение на факельной штифтовой свече 1 сохраняют и подают напряжение широтно-импульсного модулятора на электромагнитный топливный клапан 3, причем на лампу 22 контроля работы подают соответствующий сигнал, а после периода, достаточного для прогрева дизеля после пуска, снимают напряжение питания с факельных штифтовых свечей 1, элетромагнитного топливного клапана 3 и лампы 22 контроля работы.
Научная новизна предлагаемого способа состоит в том, что предусмотрено импульсное управление электромагнитным топливным клапаном с частотой следования управляющих сигналов на основе анализа режимных параметров дизеля.
Предлагаемый способ обладает существенными отличиями от прототипа [1], так как сигнал на включение электронно-управляемого элкетрофакельного устройства подается на основе расчета времени разогрева факельной штифтовой свечи, осуществляемого с помощью электронного блока управления, рассчитывается коэффициент заполнения широтно-импульсного модулятора, оптимальный для каждого режима работы дизеля, осуществляется стабилизация температуры накального элемента, причем если пуск не состоялся, то повторный пуск осуществляется в той же последовательности, что и предыдущий. Кроме того, способ предусматривает работу электронно-управляемого электрофакельного устройства, после того как пуск состоялся, при этом напряжение на факельной штифтовой свече 1 сохраняют и подают напряжение широтно-импульсного модулятора на электромагнитный топливный клапан 3, а после прогрева двигателя снимают напряжение питания с факельных штифтовых свечей 1, электромагнитных топливных клапанов 3 и лампы 22 контроля работы.
Это позволяет не только увеличить эффективность холодного пуска дизеля, повысить комфортность процедуры пуска, но и уменьшить период так называемого «белого дымления», характерного для работы непрогретых дизелей.
Экономический эффект от применения предлагаемого устройства следует ожидать в уменьшении износа дизелей за счет повышения надежности их пуска и сокращении времени прогрева дизелей. Кроме того, внедрение нового электронно-управляемого электрофакельного устройства и нового способа пуска дизеля приведет к улучшению экологических характеристик. Последнее особенно важно в топливоподающих системах, не имеющих возможности управления моментом начала впрыскивания топлива. Позволяет унифицировать факельную штифтовую свечу с электромагнитным топливным клапаном для дизелей разного рабочего объема от 4 до 26 л, что может быть осуществлено за счет применения разных режимов дозирования топлива, осуществляемых от электронного блока управления.
Источники информации
1. Пусковые качества и системы пуска автотракторных двигателей./ С.М.Квайт, Я.А.Менделевич, Ю.П.Чижков. - М.: Машиностроение, 1990. - 256 с.: ил. стр.139.
2. Там же. Стр.139-143.
3. Заявка ФРГ №2630863.
4. Патент СССР №1779282. Устройство для предварительного нагрева всасываемого воздуха многоцилиндрового двигателя./ Дьердь Часар, Михай Бато.//1992, Б.И. №44