СИСТЕМА ДОЗИРОВАНИЯ ДЛЯ ПОДАЧИ МОТОРНОГО ТОПЛИВА В ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
DOSING SYSTEM FOR FUEL SUPPLY TO INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в устройствах для подачи и дозирования газового или жидкого топлива в двигателях внутреннего сгорания (ДВС), в производстве двигателей с принудительным воспламенением.
Из уровня техники известно устройство для распределения газа в ДВС (Патент на изобретение РФ №2184855, МПК F01L 7/02, 10.07.02 г.), содержащее золотниковый механизм с цилиндрическим вращающимся золотником и привод золотника с помощью привода от коленчатого вала двигателя
Недостатком устройства является невозможность использования данной конструкции для подачи и дозирования топлива в ДВС.
Известно также устройство, содержащее корпус с золотником для регулирования подачи топлива в карбюратор ДВС (Патент на изобретение Франции №1402805, F02M 21/04, опубл. 13.08.75 г.). Управление золотником в соответствии с режимом работы двигателя осуществляется посредством механического привода, связанного с дроссельной заслонкой, а управление соответственно дроссельной заслонкой осуществляется педалью акселератора.
Недостатками этого устройства являются ограниченность применения этого устройства только в карбюраторных двигателях, инерционность и невозможность электронного управления с помощью микроконтроллера. Конструкция золотника не обеспечивает большого диапазона регулирования топливоподачи для достижения большей точности дозирования.
Наиболее близким, по технической сущности к предлагаемому изобретению, является устройство для дозирования цилиндрового газа газового двигателя внутреннего сгорания (Патент на изобретение РФ №2133868, F02M 21/02, опубл. 29.07.99 г.), содержащее размещенные в коллекторе индивидуальные для каждого цилиндра дозаторы, состоящие из прикрепленных к цилиндрам двигателя корпусов и установленных в корпусах золотников.
Устройство, предлагаемое в качестве прототипа, также не обеспечивает необходимой точности дозирования, что не позволяет улучшить пусковую и расходную характеристики транспортного средства и тем самым снизить выделение вредных выбросов в атмосферу, и создать более экономичный двигатель.
Кроме того, данное устройство не позволяет применить цикловое дозирование топлива, которое используется в современных ДВС, управляемых микроконтроллерами. Также существенным недостатком является то, что золотники в этом устройстве выполнены в виде секторов, что не позволяет получить большой диапазон дозирования топлива, повысить тем самым точность дозирования и оптимально адаптировать ДВС к различным режимам работы, особенно на переходных режимах и на режиме холостого хода.
Кроме того, в устройствах отсутствуют элементы для организации цепей обратной связи, которая могла бы информировать о величине дозирования топлива каждым дозатором в реальном масштабе времени для контроля и своевременной коррекции величины дозирования каждым дозатором, входящим в систему топливоподачи.
Задачей данного изобретения является повышение точности дозирования топлива, улучшение пусковой и расходной характеристик транспортного средства и тем самым снижение вредных выбросов в атмосферу, и создание более экономичного двигателя.
Сущность изобретения состоит в том, что система содержит коллектор, в котором размещены индивидуальные для каждого цилиндра двигателя дозаторы, состоящие из корпусов, в которых установлены золотники, приводимые в движение посредством рычажного механизма и прикрепленные к цилиндрам ДВС.
Отличие предложенного изобретения состоит в том, что дозаторы системы дозирования выполнены в виде съемных модулей, каждый из которых снабжен шаговым двигателем и его драйвером, которые установлены на корпусе дозатора, причем золотник дозатора выполнен в виде цилиндра, на наружной поверхности которого, а также на внутренней стенке корпуса дозатора выточены канавки, расширяющиеся от стенки корпуса, к которому прикреплен шаговый двигатель, как по своей ширине, так и глубине, причем при пересечении канавок золотника и канавок корпуса дозатора создается проходное регулируемое сечение, при этом входной патрубок установлен на боковой поверхности корпуса дозатора, а выходной патрубок размещен по центру поверхности дозатора, прилегающей к цилиндрам ДВС, кроме того, на входном патрубке дозатора установлен датчик расхода топлива.
Кроме того, отличие состоит в том, что канавка на наружной поверхности золотника выполнена в виде спирального расширяющегося канала.
Кроме того, отличие состоит в том, что канавка на внутренней поверхности корпуса дозатора выполнена в виде прямого или спирального расширяющегося канала.
Кроме того, отличие состоит в том, что датчик расхода топлива, установленный на входном патрубке дозатора, и шаговый двигатель посредством драйвера соединены электрической связью с микроконтроллером.
Технический результат заключается в значительном увеличении диапазона регулирования топливоподачи, повышении точности дозирования топлива и более адаптированной топливоподаче к необходимому закону дозирования топлива в соответствии с режимами работы ДВС.
Кроме того, технический результат обеспечивается за счет особого профиля и длины канавок на наружной поверхности золотников и соответственно внутренней поверхности корпусов дозатора и привода золотников шаговыми двигателями, управляемыми микроконтроллером.
Предложенное техническое решение поясняется чертежами, на которых изображено:
на фиг.1 - структурная схема системы дозирования;
на фиг.2 - модуль дозатора (в виде трехмерной модели);
на фиг.2а - золотник дозатора со спиральной канавкой (в виде трехмерной модели);
на фиг.2б - канавка внутренней поверхности корпуса дозатора (в виде трехмерной модели);
на фиг.3 - конструкция золотника;
на фиг.3а проходное сечение ABCD канавок золотника и дозатора;
на фиг.4 - диаграмма работы дозатора.
Предложенная система дозирования состоит из съемного модуля дозатора 1, микроконтроллера 2; модуль дозатора 1 включает корпус дозатора 3, шаговый двигатель 4 (с драйвером), золотник 5, на наружной поверхности которого размещена канавка 6, а на внутренней поверхности корпуса 3 размещена канавка 7, при пересечении которых создается проходное сечение (ABCD) 8, кроме того, на корпусе дозатора 1 установлен входной патрубок 9 с датчиком расхода топлива 10, а также имеется выходной патрубок 11.
Модуль дозатора 1 укреплен на головке цилиндра ДВС. Золотник 5 установлен на валу шагового двигателя 4 (с драйвером). Шаговый двигатель 4 соединен электрической связью с драйвером, чтобы обеспечивать однократные или циклические повороты золотника 5 на необходимый угол.
Предлагаемая система работает следующим образом.
В исходном состоянии топливо под некоторым давлением поступает через входной патрубок 9 мимо датчика расхода топлива 10 в полость, образованную канавкой 7 на внутренней поверхности корпуса 3 дозатора 1 и гладкой цилиндрической поверхностью золотника 5. В этом случае модуль дозатора 1 заперт и топливо дальше в соответствующий цилиндр не поступает.
В соответствии с режимом работы ДВС микроконтроллер 2 рассчитывает необходимое количество шагов для поворота вала шагового двигателя 4, направление поворота, скорость поворота и время отключения (фиг.1). Рассчитанные параметры в виде электрических сигналов подаются от микроконтроллера 2 по электрической цепи на драйвер шагового двигателя 4. Шаговый двигатель 4 посредством своего вала поворачивает золотник 5 на определенный угол относительно корпуса 3 дозатора 1 (фиг.2 и 3). В результате, в определенном месте происходит пересечение канавки 6 золотника 5 и канавки 7 на внутренней поверхности корпуса дозатора 3 (фиг.2а, 2б, 3).
Количество топлива, проходящего через дозатор 1 в этот момент, будет определяться проходным сечением дозатора 1 в месте пересечения сторон канавок 6, 7 и временем прохождения топлива через это сечение (фиг.3а).
Для образования максимального проходного сечения при любой конкретной конфигурации канавок 6 и 7 золотника 5 и корпуса дозатора 3 шаговый двигатель 4 произведет максимальное количество шагов, определенное для этой конфигурации.
Для минимального проходного сечения дозатора 1 (например, при холостом ходе) шаговый двигатель 4 произведет определенное минимальное количество шагов. Соответственно золотник 5 в первом случае повернется относительно корпуса дозатора 3 на максимальный угол, а во втором случае повернется на минимальный угол для холостого хода.
Для промежуточных значений проходного сечения ABCD золотник 5, посредством шагового двигателя 4, будет поворачиваться на определенные углы между максимальным и минимальным углами в соответствии с расходной характеристикой транспортного средства (фиг.4).
Для цикловой подачи топлива золотник 5 будет совершать реверсивные повороты: от угла закрытого дозатора до угла открытого дозатора, определенного для текущего количества топливоподачи в данный момент времени в соответствии с тактами работы ДВС, и обратно.
Для непрерывной подачи топлива золотник 5 будет поворачиваться на необходимые углы в соответствии с регулированием скорости и нагрузки ДВС. Датчик расхода топлива 10, установленный на входном патрубке 9 дозатора 1, выдает электрический сигнал о текущем расходе топлива, проходящего через дозатор 1, этот сигнал затем поступает в запоминающее устройство микроконтроллера 2 для необходимой коррекции дозирования и диагностики дозатора.
Таким образом, использование предложенной системы дозирования подачи моторного топлива в ДВС позволяет повысить точность дозирования, улучшить пусковые и расходные характеристики ТС и улучшить его экологические параметры.