СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАПОЛНЕНИЯ СИСТЕМЫ ДОЗИРОВАНИЯ ТОПЛИВА
METHOD AND DEVICE FOR FILLING FUEL DOSING SYSTEM

Область техники
Изобретение относится к способу заполнения устройства для дозирования топлива для двухтактного двигателя по ограничительной части пункта 1 формулы изобретения, а также к устройству для дозирования топлива по ограничительной части пункта 12 формулы изобретения.
Уровень техники
Устройства для дозирования топлива в форме впрыскивающих установок известны. Для их безотказного функционирования должно обеспечиваться отсутствие воздуха в системе. В частности, во впрыскивающих системах низкого давления или в системах подачи топлива низкого давления наличие включений воздуха приводит к значительным нарушениям, особенно если используются топливные насосы, не удаляющие включения воздуха самостоятельно.
В ручных инструментах, таких, как бензопилы, резаки, отрезные шлифовальные машины и т.п., в качестве привода используются двухтактные двигатели, устройства для дозирования топлива которых включают в себя топливный насос, выполненный в виде мембранного насоса, и приводятся в действие за счет колебаний давления в подпоршневой камере (картере) двигателя внутреннего сгорания. Если в камере мембранного насоса образуются пузыри воздуха, подача существенно ограничивается, так что это может привести к значительным трудностям при пуске, особенно при вводе в эксплуатацию двигателя. Поэтому предлагаются так называемые продувочные клапаны, которые действуют по образцу ручного насоса и приводятся в действие пользователем, чтобы заполнить топливную систему. Такие ручные насосы -продувочные устройства - приходится дополнительно включать в состав топливной системы и связывать с ней. Только когда в камере мембранного насоса имеется достаточное количество топлива, начинает действовать подача, причем достигается низкий уровень давления примерно до 1 бар.
Раскрытие изобретения
В основе изобретения лежит задача разработки такого устройства для дозирования топлива, в котором в фазе пуска происходит эффективное заполнение устройства для дозирования топлива.
Согласно изобретению задача решена благодаря отличительным признакам пункта 1 формулы изобретения.
Так как в фазе пуска двигателя внутреннего сгорания дозирующий клапан удерживается открытым на протяжении всего времени заполнения, независимо от расчетного времени, отрицательное рабочее давление дозировочного объема, имеющее место в устье дозирующего клапана, может оказывать всасывающее действие, причем в этот момент давление в системе, в линии подвода топлива к дозирующему клапану, находится примерно на уровне давления окружающей среды.
Время заполнения соразмерено таким образом, что для заполнения топливной системы всегда действует разрежение, для чего в фазе пуска дозирующий клапан закрывается самое позднее тогда, когда переменное рабочее давление дозировочного объема достигает минимума. В этом случае используется максимальное разрежение.
Если, кроме того, дозирующий клапан открывается на время заполнения только тогда, когда переменное рабочее давление дозировочного объема ниже давления в топливной системе, то при повторном открытии клапана для следующей фазы заполнения разрежение не уменьшается.
В предпочтительном случае время заполнения устанавливается с момента начала изменения давления в области отрицательных значений до момента минимума переменного рабочего давления. При этом переменное рабочее давление может быть переменным давлением в картере (т.е. кривошипной или подпоршневой камере) либо также всасывающим разрежением во впускном канале или в перепускном канале.
Чтобы иметь возможность осуществлять управление дозирующим клапаном в фазе пуска без дополнительных датчиков, предусмотрено регулирование продолжительности заполнения дозирующего клапана для заполнения устройства дозирования топлива в зависимости от положения коленчатого вала.
Фаза пуска устройства для дозирования топлива предпочтительно заканчивается после заданного количества оборотов коленчатого вала. Этот критерий легко применять при помощи имеющихся средств без дополнительных издержек. Так, нетрудно регистрировать количество оборотов коленчатого вала и, например, после примерно 25 оборотов коленчатого вала заканчивать фазу пуска. Количество оборотов коленчатого вала предпочтительно находится в промежутке между примерно 10 и 50.
Несложный способ дает возможность заканчивать фазу пуска устройства для дозирования топлива после наступления сгорания.
Необходима ли вообще фаза пуска, можно определить путем регистрации температуры одного из конструктивных элементов - например, температуры цилиндра. При температуре выше граничного значения фаза пуска устройства для дозирования топлива блокируется, так как можно исходить из того, что устройство для дозирования топлива еще заполнено вследствие недавно прошедшего периода эксплуатации.
Устройство для дозирования топлива, предназначенное для осуществления способа, описано в пункте 12 формулы изобретения. Наряду с управляющим устройством, служащим для расчета и управления периодами работы дозирующего элемента во время эксплуатации двигателя внутреннего сгорания, специально для фазы пуска двигателя внутреннего сгорания предусмотрено средство управления пуском, которое удерживает дозирующий клапан открытым в течение времени заполнения, независимо от периодов работы, рассчитанных управляющим устройством. Во время заполнения значение переменного рабочего давления дозировочного объема в устье дозирующего клапана отрицательно, причем давление в системе в линии подачи топлива к дозирующему клапану ниже атмосферного.
Топливный насос в устройстве для дозирования топлива в целесообразном варианте представляет собой мембранный насос, приводимый в действие переменным внутренним давлением в картере.
Устройство управления пуском может быть выполнено таким образом, что оно имеет более высокий приоритет, чем управляющее устройство дозирующего клапана, только до заданного количества оборотов коленчатого вала.
Краткий комментарий к фигурам чертежей
Дальнейшие признаки изобретения следуют из прочих пунктов формулы изобретения, из описания и из чертежа, в котором представлен вариант осуществления изобретения, детально описанный ниже. На нем показаны:
фиг.1 схематичное изображение двигателя внутреннего сгорания на примере одноцилиндрового двухтактного двигателя с устройством для дозирования топлива,
фиг.2 графики изменения давления в топливной системе и колеблющегося рабочего давления в зависимости от угла поворота коленчатого вала,
фиг.3 изменение давления согласно фиг.2 во второй фазе заполнения,
фиг.4 изменение давления согласно фиг.2 при создании давления в системе топливным насосом после заполнения устройства для дозирования топлива,
фиг.5 схематичное изображение заполнения устройства для дозирования топлива.
Осуществление изобретения
Двигатель 1 внутреннего сгорания (далее для краткости называемый также двигателем), показанный на фиг.1, представляет собой в общем случае одно- или многоцилиндровый двигатель внутреннего сгорания, работающий в двухтактном или в четырехтактном режиме. В варианте осуществления представлен двухтактный двигатель, в частности, одноцилиндровый двухтактный двигатель, который имеет поршень 5, ограничивающий камеру 3 сгорания. Камера 3 сгорания выполнена в цилиндре 2 и имеет перепускные каналы 8 и 9, которые связывают картер 4 с камерой 3 сгорания. Перетекание топливной смеси из картера 4 через перепускные каналы 8 и 9 в камеру 3 сгорания регулируется поршнем 5 посредством бесклапанного (щелевого) распределения.
Поршень 5 посредством шатуна 6 приводит в действие коленчатый вал 7, который помещен с возможностью вращения в картере 4.
У основания цилиндра 2 предусмотрен впускной канал 10, также регулируемый поршнем 5 посредством бесклапанного распределения, к которому через дозирующее устройство 11 для воздуха подведен необходимый для эксплуатации двигателя внутреннего сгорания воздух. Воздух для сгорания очищается перед доступом во впускной канал 10 фильтром 12 очистки воздуха.
Примерно напротив впускного канала 10 в основании цилиндра 2 предусмотрен выпускной патрубок 13 для выхлопного газа, также регулируемый поршнем 5 посредством бесклапанного газораспределения.
Для эксплуатации двигателя 1 необходимо подводить топливовоздушную смесь к камере 3 сгорания. В показанном варианте осуществления по фиг.1 -одноцилиндровом двухтактном двигателе - воздух для сгорания всасывается в картер 4 через впускной канал 10, а необходимое количество топлива подводится к картеру 4 через дозирующий клапан 20. Как показано на фиг.1, дозирующий клапан может также соединяться с перепускным каналом 9 или вводить топливо непосредственно в подаваемый воздух для сгорания.
При эксплуатации двигателя внутреннего сгорания количество топлива, которое должно подаваться в соответствии с установившейся нагрузкой двигателя 1, рассчитывается управляющим устройством 21. Количество топлива дозируется временем работы дозирующего клапана 20, причем подвод топлива в дозировочный объем 15 происходит в те промежутки времени, в которые переменное рабочее давление в дозировочном объеме 15 ниже давления S в системе дозирования топлива. Кроме того, управляющее устройство 21 управляет зажиганием свечи 14 зажигания в зависимости от положения угла поворота коленчатого вала 7. Для этого с системой 21 управления связан датчик 16 угла (датчик приращений), так что управляющее устройство 21 получает информацию об угловом положении поворота коленчатого вала 7 в каждый момент времени.
Дозировочный клапан 20 питается от топливного насоса 17, который является единственным топливным насосом, предусмотренным в устройстве для дозирования топлива, и в данном варианте осуществления выполнен как мембранный насос. Рабочая мембрана 18 отделяет рабочий объем 19, находящийся под давлением картера, от камеры 22 насоса, причем камера 22 насоса через входной клапан 23 связана с топливным баком 25 и через выходной клапан 24 с дозировочным клапаном 20. Целесообразно наличие связанного с системой и не показанного здесь ресивера, который предпочтительно расположен, независимо от типа используемого насоса, на его напорной стороне.
Переменное давление в картере 4 через соединительную линию 26 подводится к рабочему объему 19 мембранного насоса 17, вследствие чего рабочая мембрана 18 перемещается в направлении двойной стрелки вверх и вниз. В результате этого в камере 22 насоса создается движение подачи топлива от бака 25 к дозирующему клапану 20, если камера 22 насоса достаточно заполнена топливом для того, чтобы создавать давление подачи, равное как максимум примерно 1 бар.
После долгих периодов простоя или перерывов в эксплуатации случается, что в устройство 27 для дозирования топлива, то есть в подводящие каналы или в камеру 22 насоса, проникает воздух, который препятствует правильному функционированию устройства 27 для дозирования топлива. Чтобы обеспечивать заполнение всей системы 27 дозирования топлива для безотказной эксплуатации, предусмотрен средство 30 управления пуском, которое в фазе пуска двигателя 1 удерживает открытым дозирующий клапан 20 независимо от расчетного времени, задаваемого управляющим устройством 21. Средство 30 управления пуском включает периоды заполнения F1, F2, F3, F4, как они изображены на фиг.2 и 3. Со ссылкой на фиг.2 представлен ход изменения давления в зависимости от угла поворота коленчатого вала. График 31 изменения давления изображает переменное рабочее давление в дозировочном объеме 15, с которым соединен дозирующий клапан 20. В показанном варианте осуществления дозировочный объем 15 соответствует внутреннему пространству картера (т.е. кривошипной или подпоршневой камеры) 4.
Если дозирующий клапан 20 врезан в перепускной канал, то объем перепускного канала образует дозировочный объем; если дозирующий клапан расположен во впускном канале, то дозировочный объем - это внутренняя часть впускного канала. В дозировочном объеме возможно наличие разрежения до примерно -300 миллибар.
График давления 31 изображен для идеализированного случая, оно колеблется вокруг нормального давления N - например, давления окружающей среды или атмосферного давления. Чтобы устройство 27 для дозирования топлива работало безотказно, рабочее давление SB в топливной системе должно находиться в пределах от 0,1 бар до 1 бар.
В фазе пуска двигателя внутреннего сгорания средство управления пуском будет держать открытым дозирующий клапан 20 в периоды F1, F2, F3, F4 заполнения, чтобы существующее в устье дозирующего клапана 20 отрицательное рабочее давление, например, -300 миллибар, всасывало топливо в дозировочный объем 15 через устройство 27 для дозирования топлива и таким образом заполняло устройство
27 для дозирования топлива.
Как показано на фиг.5, к моменту Т1 линия 29 подачи топлива (т.е. топливопровод 29) и/или камера 22 топливного насоса 17 опорожняются. Топливо находится по существу в резервуаре 25. Дозирующий клапан 20 закрыт.Как системное давление в устройстве 27 для дозирования топлива, так и рабочее давление в устье
28 дозирующего клапана 20 соответствует нормальному давлению, то есть примерно О бар, таким образом, оно ниже желаемого заданного значения давления, которое может соответствовать рабочему давлению. При вращении коленчатого вала 7 - что может производиться вручную или при помощи электростартера (электрического пускателя) -перемещаемый вверх и вниз поршень 5 создает во внутреннем пространстве картера 4, то есть в дозировочном объеме 15, переменное давление картера в соответствии с графиком 31 давления, показанном на фиг.2. При этом давление в линии 29 подачи топлива или в камере 22 топливного насоса 17 в момент Т1 равно нулю, так же, как и в устье 28 дозирующего клапана 20.
Когда рабочее давление 31 в устье 28 дозирующего клапана 20 становится отрицательным, средство 30 управления пуском открывает дозирующий клапан 20 на время F1 заполнения. К этому моменту давление в системе в линии 29 подачи топлива к дозирующему клапану 20 находится примерно на уровне давления окружающей среды.
Время F1 заполнения заканчивается, когда рабочее давление 31 в дозировочном объеме достигает минимума 33, например, -300 миллибар. В период минимума рабочего давления 31, то есть к моменту Т2, дозировочный клапан закрывается. На фиг.5 точка Т2 показана в момент закрытия дозировочного клапана 20; в линии 29 подачи топлива, так же, как в устье 28 дозировочного клапана 20, создано отрицательное давление, например, -0,3 бар.
В то время как переменное рабочее давление 31 в дозировочном объеме находится в положительной области, в топливопроводе 29 вследствие закрытого дозирующего клапана 20 продолжает действовать разрежение -0,3 бар, которое медленно уменьшается в результате подвода топлива в направлении стрелки 34 - фиг.5. Это показано на фиг.2 на участке 35.
Как показано на фиг.5 в момент ТЗ, вследствие этого установившееся раньше отрицательное давление из предшествовавшего периода заполнения продолжает действовать во время положительных фаз переменного рабочего давления 31. Таким образом, благодаря созданному разрежению всасывающее воздействие для заполнения устройства 27 для дозирования топлива остается в силе также во время изменения переменного рабочего давления 31 в положительной области.
Если подачу создает показанный на фиг.1 мембранный насос 17, на стороне дозирующего клапана 20 будет действовать разрежение, например, -300 миллибар, а на стороне топливного насоса 17 поднимающееся системное давление, например, 500 миллибар. Поэтому устройство 27 для дозирования топлива или его линия подачи топлива заполняется еще быстрее, чем при воздействии на область дозирующего клапана 20 одного только разрежения.
Средство управления пуском предпочтительно вновь откроет дозирующий клапан 20 только тогда, когда переменное рабочее давление 31 в дозировочном объеме 15 станет ниже давления 32 в системе. Это имеет место в конце 36 участка 35 графика 32 давления в системе. Так как в момент открытия дозирующего клапана 20 рабочее давление 31 уже упало до уровня разрежения в системе в конце 36 участка 35, время F2 заполнения меньше, чем предыдущее время F1 заполнения. В то время как период F1 заполнения длится от начала отрицательного участка до минимума 33 отрицательного участка графика давления, время заполнения от F2 короче.
Чем больше заполняется устройство 27 для дозирования топлива, тем быстрее разрежение снова уменьшается после закрытия дозирующего клапана 20. Топливо ускоренно перемещается в линии 29 подачи топлива в направлении стрелки 34, вследствие чего до момента наступления следующей отрицательной полуволны разрежение полностью ликвидируется. Это приводит к тому, что периоды F3 и F4 заполнения, какими они представлены на фиг.3, снова длятся от начала отрицательного участка до минимума 33 отрицательного участка 32 графика давления, то есть имеет место максимальный период заполнения. Это быстрое убывание разрежения, заключенного в линии подачи топлива, еще больше ускоряется с началом подачи от топливного насоса 17. Столб /объем/ топлива в устройстве для дозирования топлива остается в движении, благодаря чему обеспечивается быстрое заполнение.
Система заполняется все быстрее с каждым оборота коленчатого вала, до тех пор пока топливный насос 17, который выполнен предпочтительно как мембранный насос, совершая свою работу, не создаст в устройстве 27 для дозирования топлива системное рабочее давление SB, при котором обеспечивается правильное функционирование устройства 27 для дозирования топлива.
При заполненной системе средство управления пуском выключается, что может происходить, например, после заданного количества оборотов коленчатого вала или же после того как датчик 40 давления, который расположен на напорной стороне мембранного насоса, информирует о создании достаточного давления. Если управляющее устройство 21 определит наличие достаточного рабочего давления, средство 30 управления пуском отключается, и начинает работать, в соответствии с рассчитанными периодами, дозирующий клапан для дозированной подачи количества топлива, соответствующего нагрузке двигателя внутреннего сгорания. Благодаря системному рабочему давлению в устройстве 27 для дозирования топлива возможен впрыск в широких пределах области эксплуатации; как демонстрирует фиг.4, впрыск возможен всегда, когда рабочее давление 31 в дозировочном объеме ниже, чем рабочее давление в топливной системе.
Фаза пуска устройства для дозирования топлива может заканчиваться при достижении желаемого целевого давления, предпочтительно давления в топливной системе в пределах от 0,1 бар до 1 бар. Возможно также окончание фазы пуска после заданного количества оборотов коленчатого вала, независимо от измерения давления в топливной системе или от контроля заданного давления. Этот критерий легко применять при помощи имеющихся средств, без дополнительных датчиков. Так, количество оборотов коленчатого вала легко регистрируется, и фаза пуска заканчивается, например, после примерно от 10 до 50 оборотов коленчатого вала, предпочтительно после примерно 25 оборотов коленчатого вала. Простой способ позволяет закончить фазу пуска устройства для дозирования топлива также после начала горения.
Необходима ли вообще фаза пуска, можно определить путем регистрации температуры одного из конструктивных элементов - например, температуры цилиндра двигателя внутреннего сгорания. При температуре выше граничного значения фаза пуска устройства для дозирования топлива блокируется, так как можно исходить из того, что устройство для дозирования топлива еще заполнено вследствие недавно прошедшего периода эксплуатации.