Устройство регулирования подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания (варианты)

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПОДАЧИ ТОПЛИВА В ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (ВАРИАНТЫ)(71) Заявитель Слесарчик Николай Николаевич(72) Автор Слесарчик Николай Николаевич(73) Патентообладатель Слесарчик Николай Николаевич(57) 1. Устройство регулирования подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания, содержащее механизм управления, дроссельную заслонку, диффузор и многосекционный профилированный кулачок, кинематически связанный с осью дроссельной заслонки, дозирующий клапан с калиброванным седлом, взаимодействующий с кулачком, и датчик давления воздуха, отличающееся тем, что оно снабжено распределительным устройством топлива, кулачок выполнен в виде коноида, снабженного осевым приводом, кинематически связанным с датчиком давления и механизмом управления. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено по меньшей мере одним дополнительным дозировочным клапаном с калиброванным седлом, кинематически связанным с другой зоной коноида. 3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что клапан с калиброванным седлом выполнен в виде шарикового клапана. 4. Устройство по одному из пп. 1-3, отличающееся тем, что коноид снабжен дополнительным угловым приводом, кинематически связанным с датчиком давления и механизмом управления. 5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно установлен еще один клапан с калиброванным седлом параллельно с первым и кинематически связан с датчиком давления. 5837 1 6. Устройство регулирования подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания, содержащее механизм управления, дроссельную заслонку, многосекционный профилированный кулачок, клапан с калиброванным седлом, взаимодействующий с кулачком,механический датчик расхода воздуха, отличающееся тем, что оно снабжено распределительным устройством топлива, кулачок выполнен в виде коноида и кинематически связан с осью датчика расхода воздуха, причем коноид снабжен осевым приводом, кинематически связанным с механизмом управления.(56)1326757 1, 1987.1796041 3, 1993.1437548 1, 1988.1382983 1, 1988.1325181 1, 1987.1180548 , 1985.1164450 , 1985.1138050 , 1985. Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания, и позволяет улучшить качество подготовки топливовоздушной смеси и эффективность работы двигателя внутреннего сгорания на различных режимах при использовании разных топлив и их смесей. Известна конструкция системы впрыскивания топлива, содержащая насос, фильтр, редукционный клапан, форсунки, датчик расхода воздуха, на оси которого установлен потенциометр, связанный с электронным блоком, и дроссельную заслонку 1. Недостатком известной конструкции является сложность устройства, обусловленная наличием потенциометра и электронного блока управления, и соответственно недостаточно высокая надежность системы. Известен также карбюратор-смеситель для двигателей внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере одну смесительную камеру с дроссельной заслонкой, диффузор,главный воздушный канал, дозирующую систему с топливным жиклером и профилированной иглой для подачи жидкого топлива, кинематически связанной с дроссельной заслонкой, и профилированный клапан, снабженный электромагнитным и пневматическим приводом, причем пневматический привод выполнен в виде мембранной пневматической камеры, электромагнитный привод выполнен в виде электромагнитного клапана со штоком, связанным с мембранной пневматической камеры и профилированным клапаном 2. Недостатком известной конструкции являются невысокие эксплуатационные свойства, сложность управления системой, невысокая надежность системы. В качестве прототипа выбрано устройство регулирования подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания, содержащее дроссельную заслонку, регулировочную иглу, размещенную в топливном жиклере и кинематически связанную с дроссельной заслонкой, и кулачок с приводом, причем кулачок выполнен в виде диска, по меньшей мере с четырьмя симметрично расположенными относительно его центра профилированными секциями и вписанными в окружность одного радиуса кулачка, причем в последнем выполнены два отверстия, размещенные на одной окружности, а привод кулачка снабжен механизмом переключения 3. Недостатком прототипа являются невысокие эксплуатационные свойства, обусловленные прерывистым механическим переключением секций кулачка и предопределяющее останов двигателя при смене режимов работы двигателя, отсутствие корректировки состава топливовоздушной смеси при изменении нагрузки двигателя и постоянном сечении впускного канала. 2 5837 1 Таким образом, данная конструкция не обеспечивает в достаточной мере оптимальный состав топливовоздушной смеси, подаваемой в двигатель на различных нагрузочных режимах. Задача, решаемая изобретением, состоит в улучшении эксплуатационных свойств двигателя, улучшении дозирования и подачи топлива, упрощении системы ее управления и настройки,возможности работы на разнообразных видах топлива, повышения экономичности двигателя за счет получения наилучшего состава горючей смеси на различных режимах работы. Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве регулирования подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания, содержащем механизм управления, дроссельную заслонку, диффузор и многосекционный профилированный кулачок, кинематически связанный с осью дроссельной заслонки, дозирующий клапан с калиброванным седлом,датчик давления воздуха, согласно изобретению, дополнительно введено распределительное устройство топлива, кулачок выполнен в виде коноида, причем коноид снабжен осевым приводом, кинематически связанным с датчиком давления и механизмом управления. Поставленная задача решается также и тем, что в системе установлен по меньшей мере еще один дополнительный дозировочный клапан с калиброванным седлом, кинематически связанный с другой зоной коноида. Поставленная задача решается также и тем, что клапан с калиброванным седлом выполнен в виде шарикового клапана. Поставленная задача решается также и тем, что коноид снабжен дополнительным угловым приводом, кинематически связанным с датчиком давления и механизмом управления. Поставленная задача решается также и тем, что дополнительно установлен еще один клапан с калиброванным седлом параллельно с первым и кинематически связан с датчиком давления. Поставленная задача решается также и тем, что в известном устройстве регулирования подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания, содержащем механизм управления,дроссельную заслонку, многосекционный профилированный кулачок, клапан с калиброванным седлом, взаимодействующий с кулачком, механический датчик расхода воздуха,согласно изобретению, оно снабжено распределительным устройством топлива, кулачок выполнен в виде коноида и кинематически связан с осью датчика расхода воздуха, причем коноид снабжен осевым приводом, кинематически связанным с механизмом управления. Использование для каждого вида топлива или смеси топлив своей секции профилированного кулачка в виде кулачка коноидного типа или блока кулачков, кинематически связанного с регулятором, позволяет регулировать подачу различных видов топлива или их смесей в двигатель независимо друг от друга. Коноидом называют совокупность бесконечно большого числа кулачков, каждый из которых соответствует бесконечно малому изменению аргумента. См. И.А. Дружинский Сложные поверхности Математическое описание и технологическое обеспечение Справочник. - Л. Машиностроение, 1985 г. с. 45. Тем самым система позволяет расширить эксплуатационные свойства двигателя, подавая на впуск, например, одновременно жидкое и газообразное топливо и присадки к нему в любой пропорции, в зависимости от режима работы двигателя. Снабжение коноида возможностью осевого перемещения, позволяет не останавливая двигатель, переходить с одного вида кулачка на другой, с одной зоны коноида на другую, тем самым изменять режим работы двигателя и автоматически подстраивать к режиму работы двигателя количество топлива за счет пневматического привода и осевого смещения коноида. Установка в системе по меньшей мере еще одного дополнительного дозировочного клапана с калиброванным седлом, кинематически связанного с другой зоной коноида позволяет одновременно по различным кривым проводить регулировку подачи разных видов топлива. Коноидом можно дополнительно управлять не только за счет осевого смещения, но и за счет дифференциального углового доворота коноида или корпуса. Такой кулачок полу 3 5837 1 чается несколько проще в проектировании и изготовлении, чем кулачок с возможностью осевой коррекции от нагрузочного режима двигателя. В одном из вариантов исполнения изобретения предусмотрена установка второго регулятора подачи топлива, параллельно первому, но управление на него подается от датчика давления, при этом кинематическая связь коноида и датчика давления разрывается. Такой вариант системы подачи топлива конструктивно проще изготовить и отрегулировать (настроить). Наконец, в последнем варианте предложено кинематически связать ось коноида с осью механического датчика расхода воздуха. Невзирая на несколько возросшую громоздкость устройства и необходимость монтажа его во впускном трубопроводе, вариант позволяет значительно упростить систему управления подачей топлива к двигателю внутреннего сгорания и повысить ее точность и надежность. Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображено общая схема устройства регулирования подачи топлива и его различных смесей в двигатель внутреннего сгорания. На фиг. 2 - то же, но с двумя параллельными клапанами для различных топлив,взаимодействующих с кулачком-коноидом. На фиг. 3 - сечение А-А фиг. 2 показывающее одновременную работу двух разных секций кулачка с разными клапанами. На фиг. 4 показана схема реализации шарового клапана с калиброванным седлом взаимодействующего с кулачком. На фиг. 5 управления механизмом подачи топлива с отдельным управлением клапанами от кулачка, связанного с дроссельной заслонки и от датчика давления воздуха. На фиг. 6 - схема устройства регулирования подачи топлива, с вариантом кинематической связи датчика расхода воздуха не с продольным перемещением коноида, а с угловым. На фиг. 7 показана схема управления устройством регулирования подачи топлива, в котором ось коноида кинематически связана с осью механического датчика расхода воздуха. Устройство регулирования подачи топлива и его различных смесей в двигатель внутреннего сгорания содержит впускной трубопровод 1, дроссельную заслонку 2, размещенную во впускном трубопроводе, диффузор 3, клапан с калиброванным седлом 4,кинематически связанный с секционным профилированным кулачком 5. Кулачок может быть выполнен составным (наборным) из отдельных, рядом расположенных кулачков или коноидного типа. Кулачок 5 установлен на оси дроссельной заслонки 6, или имеет с ней кинематическую связь 7, с возможностью осевого перемещения. Кулачок 5 на оси 6 имеет возможность продольного перемещения с помощью шпонки 8, шлицов или иным известным способом. Такое перемещение ему обеспечивает корректор 9 (Кор), получающий управляющее воздействие от механизма управления 10 (МУ) и от датчика давления 11 (ДД). Механизм управления 10 также воздействует на распределительное устройство 12 (РУ), которое необходимо для выбора одного или нескольких видов топлива из возможных, используемых двигателем внутреннего сгорания и содержащихся в баках или баллонах (не показаны). Клапан 4 взаимодействует с кулачком посредством штока с наконечником 13 или непосредственно шариком 14, при этом траектория взаимодействия штока 13 или шарика 14 на коноиде 5 обозначена точечной линией . Корректор 9 и ось 6 кулачка кинематически связаны посредством шарнира 15. При использовании одновременно нескольких различных топлив может быть установлен дополнительно клапан с калиброванным седлом 16. Заслонку 2 крепят к оси 6 известными способами, например с помощью винтов 17. Одна из реализаций шарового клапана с калиброванным седлом предусматривает размещение коноида внутри замкнутой камеры подготовки топлива 18, куда ввернут штуцер 19 с калиброванным седлом 20, взаимодействующим с шариком 14. Положение штуцера 19 относительно кулачка 5 может быть отрегулировано за счет резьбы и застопорено контргайкой 21. Во впускном трубопроводе 1 может быть установлен известный механический датчик расхода воздуха 22 посредством, например фланцев 23. Датчик имеет активную лопасть 24, ось которой с помощью кинематической связи 25 связана с осью коноида 5. 4 5837 1 Устройство регулирования подачи топлива и его различных смесей в двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом. При повороте дроссельной заслонки 2 совместно с ней поворачивается секционный профилированный кулачок 5 коноидного типа. Дозирующий клапан с калиброванным седлом 4 изменяет количество подаваемого топлива в двигатель в определенном соотношении к количеству проходящего через диффузор 3 воздуха. При увеличении нагрузки на двигатель возрастает момент сопротивления, действующего на коленчатый вал двигателя (не показан), и при неизменном положении дроссельной заслонки 2 частота вращения коленчатого вала снижается, что вызывает уменьшение разрежения в диффузоре 3 и датчик давления 11, воздействуя посредством корректора 9,смещает секционный профилированный кулачок 5 коноидного типа, уменьшая количество подаваемого топлива регулятором 4 при этом предотвращается обогащение горючей смеси. При увеличении частоты вращения коленчатого вала и неизменном положении дроссельной заслонки 2, давление в диффузоре 3 снижается, коноид 5 смещается увеличивая зазор между шариком 14 и седлом 20 и расход топлива через регулятор увеличивается. При уменьшении давления во впускном трубопроводе из-за загрязненности воздушного фильтра (не показан), будет также происходить смещение коноида 5, сопровождающееся уменьшением расхода топлива через регулятор. В результате состав смеси поддерживается примерно одинаковым. Корректор 9 в данном случае может быть выполнен, например, мембранного типа. При необходимости, водитель может изменить используемое топливо непосредственно во время работы. Для этого он с помощью механизма управления 10 воздействует на распределительное устройство 12, которое переключает источник топлива и/или одновременно воздействует на коноид 5, переводя его на режим управления именно для того типа топлива, которое подается через распределительное устройство 12. При необходимости распределительное устройство 12 может параллельно подключить два или более видов топлива, при этом клапаны 4 и 16 действуют параллельно и каждый взаимодействует со своим участком коноида. После клапанов 4 и 16 смесь топлива подается на впуск в диффузор, испарительную камеру или форсунки (не показаны). Клапан 4 или 16 может быть конструктивно исполнен в виде штуцера 19, ввернутого в подготовительную камеру 18, внутри которой расположен кулачок-коноид 5. Механическое регулирование подпольного положения коноида 5 позволяет принудительно передвигать его, устанавливая тем самым его рабочую зону, относительно которой будет производиться регулирование. Это может быть зона кривойспрофилированная известными методами (по известным зависимостям), например экономичная, малотоксичная, повышенной мощности или какая-то другая комбинированная. В некоторых случаях может оказаться выгодным разделить управление подачей топлива по параллельным ветвям (фиг. 6). В этом случае коноид 5 управляет дозирующим клапаном 4 только в зависимости от положения дроссельной заслонки 2 и/или от положения, определяемого механизмом управления 10. Датчик давления 11 в свою очередь управляет своим дозирующим клапаном 16, расположенным параллельно датчику 4, в зависимости от давления во впускном трубопроводе 1, которое в свою очередь зависит от частоты вращения коленчатого вала. Конструктивно проще можно управлять от датчика давления 11 за счет установки корректора 9, воздействующего на угловую коррекцию положения коноида 5 корпуса 18 или непосредственно коноида 5. В случае применения известных механических датчиков расхода воздуха 22, кинематическая схема устройства несколько изменяется. В этом случае кинематическая связь 25 соединяет ось заслонки датчика 24 и коноид 5. При этом дроссельная заслонка 2 в управлении подготовкой топлива не участвует и отпадает необходимость использования датчика давления. 5 5837 1 Выполнение дозирующего клапана с калиброванным седлом в виде шарикового клапана 14 позволяет более точно регулировать расход топлива при небольших перемещениях кулачка 5, а также уменьшить износ контактирующих пар и обеспечить герметичность запирания топливной магистрали при полной остановке двигателя. Предложенная конструкция позволяет достаточно просто в процессе стендовых испытаний, путем подбора соответствующих профилей кулачка для различных режимов работы каждого типа двигателя (а при необходимости и каждой серии данного типа) обеспечить оптимальную пропорцию воздуха и топлива. Использование изобретения позволяет повысить функциональные возможности двигателя внутреннего сгорания, за счет эффективного его использования на различных режимах работы, с различными сортами и видами топлива. Источники информации 1. Двигатели внутреннего сгорания Системы поршневых и комбинированных двигателей Учебник для вузов по специальности Двигатели внутреннего сгорания / С.И. Ефимов, Н.А. Иващенко, В.И. Ивин и др. Под общ. ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова. - 3-е изд., перераб. и доп. - М. Машиностроение, 1985. - С.112-113. 2. А.с. СССР 1437556, МПК 02 М 31/02, 1991. 3. А.с. СССР 1326757, МПК 02 М 9/06, 1990 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 7