Двопаливна інжекторна система живлення для двигуна внутрішнього згорання (двз)

Двопаливна інжекторна система живлення для ДВЗ, що містить перший електронний мікропроцесорний блок керування (ЕБК), N виконавчих елементів - електромагнітних бензинових форсунок, де N - число циліндрів ДВЗ, датчики дискретних сигналів, датчики аналогових сигналів і вимикач запалення, в якій позитивне виведення живлення ЕБК підключено через вимикач запалення до позитивного виводу бортової напруги живлення, а негативний - сполучено з корпусом автомобіля, входи ЕБК сполучені з виходами бортових датчиків дискретних сигналів і датчиків аналогових сигналів, N виходів ЕБК, що є першими виводами N електронних ключів - драйверів, другі виводи яких сполучені з корпусом, підключені, відповідно, до других виводів обмоток N електромагнітних бензинових форсунок, перші виводи обмоток яких сполучені з позитивним виводом живлення ЕБК, яка відрізняється тим, що додатково введені другий мікропроцесорний ЕБК, N електромагнітних газових форсунок, додаткові датчики аналогових сигналів, 3 групи електронних 2 (19) 1 3 97303 4 ших виводів першого і другого потенціометрів, другі виводи яких підключені до корпусу, а також до першого контакту другого вимикача, а движок першого потенціометра, другий контакт вимикача і движок другого потенціометра підключені до входів N+5-му, N+6-му і N+7-му другого ЕБК, відповідно. Винахід належить до областей машинобудування, двигунобудування та автомобільної електроніки і може бути використано при комплектуванні автомобільних інжекторних двигунів газобалонними інжекторними установками без будь-якого втручання в програму бортового штатного мікропроцесора та з мінімальними монтажними операціями. Відома інжекторна мікропроцесорна система живлення бензинового двигуна, яка описана в книзі А. Е. Хрулѐв "Ремонт двигателей зарубежных автомобилей", видавництво "За рулем", 2000 г., рис. 3.108., с. 132. Система вибрана як прототип винаходу, що заявляється, через те, що є найбільш близькою за технічною суттю. Система здійснює найбільш прогресивний з точки зору зменшення токсичності вихлопних газів метод послідовного або фазованого вприскування (Sequential Fuel Injection або SFI) з можливістю переходу в необхідних випадках на метод одночасного вприскування. Система містить електронний мікропроцесорний блок керування (ЕБК), позитивний вивід живлення якого підключається через вимикач запалення до позитивного виводу бортової напруги живлення, а негативний - сполучений з корпусом автомобіля. Входи ЕБК сполучені з виходами бортових датчиків дискретних сигналів і датчиків аналогових сигналів. N виходів ЕБК, де N - число циліндрів ДВС, що є першими виводами N електронних ключів - драйверів, другі виводи яких сполучені з корпусом, підключені, відповідно, до інших виводів обмоток N виконавчих елементів електромагнітних бензинових форсунок, перші виводи обмоток яких сполучені з позитивним виводом живлення ЕБК. Недоліком системи-прототипу є її нездатність працювати як двопаливна, тобто вона не забезпечує роботу двигуна внутрішнього згорання (ДВЗ) на бензині і, причому головним чином, на газоподібному паливі (водні, компримованому нафтовому газі, метані, їх сумішах і інших альтернативних паливах) з усіма випливаючими відомими позитивними економічними, екологічними і технічними ефектами. Цей недолік є наслідком того, що конструкція бензинової системи не передбачає керування вприскуванням газу за допомогою газових форсунок. В основу винаходу поставлено задачу удосконалення відомої інжекторної мікропроцесорної системи живлення бензинового двигуна за рахунок створення системи живлення для ДВЗ двопаливною інжекторною, що забезпечує його основну роботу на газоподібному паливі та можливість, у разі необхідності, оперативного перемикання на бензин. Вказана задача вирішується за рахунок того, що у відому інжекторну мікропроцесорну систему живлення бензинового двигуна, що містить перший електронний мікропроцесорний блок керування (ЕБК), N виконавчих елементів - електромагнітних бензинових форсунок, де N - число циліндрів ДВЗ, датчики дискретних сигналів, датчики аналогових сигналів і вимикач запалення, в якій позитивний вивід живлення ЕБК підключено через вимикач запалення до позитивного виводу бортової напруги живлення, а негативний - сполучено з корпусом автомобіля, входи ЕБК сполучено з виходами бортових датчиків дискретних сигналів і датчиків аналогових сигналів, N виходи ЕБК, що є першими виводами N електронних ключів, - драйверів, другі виводи яких сполучені з корпусом, підключені, відповідно, до інших виводів обмоток N електромагнітних бензинових форсунок, перші виводи обмоток яких сполучені з позитивним виводом живлення ЕБК, згідно з винаходом, введені другий мікропроцесорний ЕБК, N електромагнітних газових форсунок, додаткові датчики аналогових сигналів, 3 (три) групи електронних ключів по N ключів в кожній, N діодів, світлодіод, стабілізований перетворювач постійної напруги, що підвищує, в постійну з накопичувальним конденсатором, знижуючий стабілізований перетворювач постійної напруги в постійну, два потенціометри, N резисторів та два вимикачі, причому, позитивне виведення живлення другого ЕБК сполучено з першими виводами обмоток N бензинових форсунок і з входами обох перетворювачів напруги безпосередньо, а з першими його входом і виходом - через перший вимикач і світлодіод, відповідно; кожний другий вивід обмотки кожної з бензинових форсунок сполучено з однойменним виходом першого ЕБК через паралельні один із N резисторів і один із N електронних ключів першої групи, входи керування яких підключено до другого виходу другого ЕБК; виходи першого ЕБК з першого по N-ий сполучено також з входами другого ЕБК, починаючи з другого по N+1-ий, відповідно; N+2-ий, N+3-ій і N+4-ий входи другого ЕБК сполучено з виходами додаткових датчиків аналогових сигналів: температури газового редуктора, температури газу і тиску газу, відповідно; вихід перетворювача, що підвищує, сполучено з корпусом через накопичувальний конденсатор, а також через N паралельних ланцюжків, кожний з яких складається із сполучених послідовно одного з N електронних ключів другої групи, обмотки однойменної однієї з N електромагнітних газових форсунок і однойменного одного з N електронного ключа третьої групи; вихід знижуючого перетворювача сполучено через N діодів з точками з'єднання однойменних електронних ключів другої групи і обмоток 5 газових форсунок в кожному з N паралельних ланцюжків; входи керування електронних ключів другої групи з 1-го по N-ий сполучено, відповідно, з третім, п'ятим і далі з іншими непарними виходами другого ЕБК аж до N+2-го; входи керування електронних ключів третьої групи з 1-го по N-ий сполучені, відповідно, з четвертим, шостим і далі з іншими парними виходами другого ЕБК аж до N+3го; N+4-ий вихід другого ЕБК є виводом стабілізованої напруги +5В і приєднаний до перших виводів першого і другого потенціометрів, другі виводи яких підключені до корпусу, а також до першого контакту другого вимикача, а движок першого потенціометра, другий контакт вимикача і движок другого потенціометра підключено до входів N+5му, N+6-му і N+7-му другого ЕБК, відповідно. Технічнім результатом, який досягається при здійсненні винаходу, є можливість використання в роботі ДВЗ газоподібного палива як основного виду палива, з можливістю оперативного і автоматичного переходу на бензин, внаслідок чого забезпечується: - покращання екологічних показників ДВЗ; - покращання економічних показників ДВЗ; - збільшення строку служби ДВЗ. На рисунку наведено функціональну схему пристрою. Пристрій містить вимикач 1 запалення, перший контакт якого сполучено з позитивним виводом джерела бортового живлення, а другий - з позитивним виводом живлення першого ЕБК 2, негативний вивід живлення якого приєднано до корпусу, а його входи підключені до виходів датчиків 3 дискретних сигналів і 4 - аналогових сигналів, першими виводами обмоток першої 5, другої 6 і Nої 7 бензинових форсунок, входами перетворювачів постійної напруги в постійну підвищену 8 і знижену 9 і з позитивним виводом живлення другого ЕБК 10, негативний вивід живлення якого з'єднано з корпусом, безпосередньо, а через перший вимикач 11 і через світлодіод 12 - з першим входом 13 ЕБК 10 і з його першим виходом 14, відповідно; кожний другий вивід обмоток бензинових форсунок 5, 6, 7 сполучений з однойменним виходом першого ЕБК через один з N резисторів 15, 16, 17 і один з N електронних ключів 18, 19, 20 першої групи, відповідно, входи керування яких підключено до другого виходу 21 ЕБК 10; виходи ЕБК 2 з першого по N-ий сполучені також з входами ЕБК 10 з другого 23 по N+1-ий 24, відповідно; N+2-ий 24, N+3-ій 25 і N+4-ий 26 входів ЕБК 10 сполучено з виходами додаткових датчиків 28 аналогових сигналів температури газового редуктора, температури газу перед газовими форсунками і тиску газу в рампі газових форсунок, відповідно; вихід перетворювача, що підвищує, 8 напруги сполучений з корпусом через накопичувальний конденсатор 29, а також через N паралельних ланцюжків, кожний з яких складається із сполучених послідовно одного з N електронних ключів 30, 31, 32 другої групи, обмотки однойменної однієї з N електромагнітних газових форсунок 33, 34, 35 і однойменного одного з N електронних ключів 36, 37, 38 третьої групи; вихід знижуючого перетворювача сполучений через N діодів 39, 40, 41 з точками з'єднання 97303 6 однойменних електронних ключів 30, 31, 32 і обмоток газових форсунок 36, 37, 38, відповідно; входи керування електронних ключів 30, 31, 32 сполучено, відповідно, з третім 42, п'ятим 43 і далі з другими непарними виходами ЕБК 10 аж до N+2го 44; входи керування електронних ключів 36, 37, 38 сполучені, відповідно, з четвертим 45, шостим 46 і далі з другими парними виходами іншого ЕБК аж до N+3-го 47; N+4-ий вихід 48 ЕБК 10 є виводом стабілізованої напруги +5 В і приєднаний до перших виводів першого 49 і другого 50 потенціометрів, другі виводи яких підключено до корпусу, а також до першого контакту другого вимикача 51, а движок потенціометра 49, другий контакт вимикача 51 і движок потенціометра 50 підключено до входів N+5-му 52, N+6-му 53 і N+7-му 54 ЕБК 10, відповідно. В процесі роботи пристрою на бензині контакти вимикача 11, встановленого в кабіні водія, розімкнені і світлодіод 12, також в кабіні водія, не світиться. Дискретні і аналогові вхідні сигнали від датчиків 3, 4 в ЕБК 2 обробляються спеціальними формувачами або перетворюються в цифрову форму аналого-цифровими перетворювачами, після чого використовуються центральним процесором ЕБК 2 для розрахунку тривалості імпульсів вприскування бензину. Процесор формує сигнали керування бензиновими форсунками 5, 6-7 з необхідними оптимальними параметрами частоти, фази і тривалості вприскування залежно від сигналів датчиків 3, 4, перетворюваних їм у взаємодіючі вхідні параметри, що управляють, і параметри випадкових збурень. Ці сигнали надходять на вихідні ключі або драйвери в ЕБК 2, що здійснюють підсилення їх по струму і безпосереднє керування бензиновими форсунками. При цьому ключі 18, 19, 20 замкнуті, бензинові форсунки 5, 6, 7 працюють, ключі 30, 31, 32, 36, 37, 38 розімкнені і газові форсунки 33, 34, 35 відключені. Перетворювач 8 заряджає накопичувальний конденсатор 29 до заданого рівня підвищеної напруги. Для переводу системи живлення в режим живлення ДВЗ газоподібним паливом необхідно замкнути контакти вимикача 11. Перехід системи живлення з бензину на газ станеться за умов виконання ще чотирьох додаткових умов: 1. Частота обертання KB ДВЗ, яку мікропроцесор (МП) в ЕБК 10 визначає, аналізуючи частоту повторення дискретних сигналів на його входах 22, 23, 24, перевищує мінімально допустиму (задану у вигляді табличних даних у ПППЗ МП ЕБК 10) за умови стійкості роботи ДВЗ. 2. Температура газового редуктора, яку МП в ЕБК 10 обчислює по аналоговому сигналу на його вході 25, перевищує задане оператором за допомогою потенціометра 49 значення. 3. Тиск газу в рампі газових форсунок, яку МП в ЕБК 10 обчислює по аналоговому сигналу на його вході 27, не нижче за допустиме значення (заданого у вигляді табличних даних в ПППЗ МП ЕБК 10); 4. Тиск газу нижче допустимого значення безперервно фіксується МП протягом декількох секунд (заданих у вигляді табличних даних в ПППЗ МП ЕБК 10) після переводу перемикачем виду 7 палива в положення "Газ", система живлення не повинна перемикатися на газ, або, якщо вона вже працює на газі, вона автоматично перемикається на бензин (затримка необхідна для запобігання помилковим перемиканням на бензин під час природних короткочасних падінь тиску на виході редуктора при різкому наборі навантаження). Якщо усі чотири умови виконано, система живлення перемикається на газ. Сигнал на виході 21 ЕБУ 10 розмикає ключі 18, 19, 20, після чого послідовно з бензиновими форсунками вводяться струмообмежуючі резистори емулятора роботи штатної системи живлення на бензині, бензинові форсунки припиняють роботу, але вихідні сигнали ЕБК 2 зберігаються і виконують функцію тактуючих сигналів на входах 22, 23, 24 ЕБК 10. МП в ЕБК 10 вимірюють тривалість сигналів керування бензиновими форсунками на кожному виході ЕБК 2 і пропорціонально формує синфазні сигнали керування на виходах 45, 46, 47, які відкривають ключі 36, 37, 38. Сигнал МП, що дозволяє роботу усіх додаткових електронних ключів при переході на газ, також управляє по виходу 14 ЕБК 10 світлодіодом 12, і він світиться, доки ДВЗ працює на газі. В кожному каналі керування газовими форсунками 33, 34, 35 одночасно з ключем третьої групи, наприклад - 36, за сигналом на виходах 42, 43, 44 ЕБК 10 відкриваються ключі другої групи, наприклад - 30, але на значно більш короткий час, протягом якого через форсунку кожного каналу, наприклад - 33, під дією підвищеної напруги від конденсатора 29 починає протікати стрімко наростаючий струм, що забезпечує форсоване відкривання газових форсунок. При цьому діоди 39, 40, 41 в кожному каналі під час відкривання ключів 30, 31, 32 опиняються блокованими підвищеною напругою, яка прикладена до них в напрямку, який закриває. Після закінчення часу форсування, під час якого якір електромагнітної газової форсунки повинен встигнути подолати тиск газу та підтягнутися до упору, забезпечуючи її повне відкривання, ключ другої групи, наприклад - 30, закривається, і далі протягом останнього часу відкривання форсунки 33, поки відкрито ключ 36, через неї протікає значно менший струм утримання від перетворювача 9 з пониженням напруги через діод 39. Такий алгоритм керування газовими форсунками в два етапи, тобто форсоване відкриття коротким імпульсом підвищеного струму на першому етапі та продовжене утримання у відкритому стані істотно зниженим струмом на другому етапі, забезпечує збільшення швидкодії газових форсунок, як при їх відкритті, так і при закритті, а також точність дозування газу при будь-яких його тисках, причому, значно зменшується середній струм споживання форсунками та їх нагрів, що продовжує строк їх роботи. В основу винаходу закладено принцип пропорціонального регулювання часу циклу відкритого стану газових форсунок (Тг) в залежності від часу циклу відкритого стану бензинових форсунок (Тб), тобто Тг=ТбК, де К - коефіцієнт пропорційності. Отже, час Тг розраховується МП в ЕБК 10 з повним урахуванням усіх взаємодіючих вхідних керуючих параметрів та параметрів випадкових збу 97303 8 рень, вже урахованих процесором в штатному ЕБК 2, що дозволяє адекватно формувати зовнішньошвидкісну характеристику ДВЗ на усіх режимах роботи, використовуючи усі штатні бортові датчики без безпосереднього підключення до них, що на сучасному автомобілі здійснити вельми складно. Принцип пропорційності дозволяє істотно спростити як саму систему подвійного живлення, так і процес її монтажу та налагоджування на автомобілі. Однак, коефіцієнт К не може бути постійним, а регулювання Тг - лінійним, оскільки він повинен ураховувати усю гаму додаткових випадкових збурень, які привносять газові складові системи подвійного живлення. До таких додаткових збурень слід віднести: - відмінність типів ДВЗ, до яких адаптується система; - відмінність конструкцій газових форсунок, до яких адаптується система; - нелінійність витратних характеристик форсунок різних конструкцій; - відмінність витратних характеристик форсунок одного типу; - температура газового редуктора; - температура газу в рампі форсунок; - широкий діапазон зміни тиску газу в рампі форсунок; - різний хімічний склад газоподібних палив; - різна якість газу одного передбачуваного хімічного складу. Тому, МП в ЕБК 10 безперервно коректує після сигналів датчиків 28 коефіцієнт пропорційності К з врахуванням додаткових випадкових збурень і визначає його в результаті наступного перемножування: К = Кб-г  Кгр  Ктг  Кдг, тобто Тг = Тбг кб-г  Кгр  Ктг  Кдг, де: Кб-г (тобто - бензин-газ) - основний коефіцієнт, який використовують для вибудовування зовнішньошвидкісної характеристики, що застосовується до конкретного типу ДВЗ та дозволяє оперативно враховувати конкретну конструкцію форсунок, нелінійність їх витратних характеристик, технологічний розкид характеристик, тип газоподібного палива і його якість. При формуванні зовнішньошвидкісної характеристики залежність кб-г = F (N об/хв.) встановлюється оператором шляхом запису в ПППЗ МП ЕБК 10 величин ординат (наприклад, 0,1