- 1. Более высокий механический к.п.д.
- 2. Меньшая собственная масса.
- 3. В отработавших газах содержится меньшее количество окси-дов азота и других вредных веществ.
- 4. Эксплуатация при низких температурах не требует дополни-тельных инвестиций.
- 5. Меньшая масса обусловливает более низкую стоимость дви-гателя.
- 6. При соблюдении требований стандарта по экологии Евро–5 и выше предлагаемый бензиновый двигатель согласно выполненного теплового расчета должен иметь меньший расход бензина, чем со-временный дизельный двигатель – дизельного топлива.
БЕНЗИНОВЫЙ «ДИЗЕЛЬ» ПЕНСИОНЕРА АНТОНЕНКО
Назад в рубрику 
Система управления работой автомобильного
бензинового двигателя, не содержащего воздушную дроссельную заслонку
Хотя современный автомобиль в большинстве случаев эксплуатируется на частичных режимах, связанных с малыми откры-тиями воздушной дроссельной заслонки и высокими значениями раз-режения во впускном коллекторе, в двигателях внутреннего сгорания с принудительным зажиганием все основные показатели двигателя в технической характеристике указаны на его номинальной мощности. Кроме того, в городских условиях приходится часто использовать хо-лостой ход двигателя, что также связано с высокими значениями раз-режения во впускном коллекторе.
Работа на малых нагрузках связана с повышенным содержанием отработавших инертных газов в рабочей смеси и возрастанием насосных потерь, связанных с условиями газообмена в рабочем цилиндре, результа-том чего являются повышенные индикаторные удельные расходы топлива, значительно отличающиеся от указанных в технической характеристике при номинальной мощности.
В доказательство изложенного обратимся к техническим харак-теристикам современных автомобилей с конструктивно одинаковыми дви-гателями: с турбонаддувом, непосредственным впрыском топлива в каме-ру сгорания и равными рабочими объемами 1500см3.
При этом первый автомобиль – Belgee X70 с бензиновым двига-телем со степенью сжатия 10,5 и полной массой 1985 кг имеет расход топ-лива в городе 10,0 л. на 100 км пробега, второй автомобиль – Renault Sce-nik Grand с дизельным двигателем со степенью сжатия 15,2 и полной мас-сой 2200 кг имеет по данным завода-изготовителя расход топлива в городе 5,3 л. на 100 км.
Повышение термического к.п.д. в двигателе внутреннего сгора-ния при увеличении степени сжатия нелинейно. Наиболее высокий прирост к.п.д. 7% на единицу повышения степени сжатия наблюдается при повы-шении степени сжатия от 4 до 10. Однако повышение термического к.п.д. при увеличении степени сжатия от 10 до 20 составляет около 3% на едини-цу повышения степени сжатия.
Дальнейшее возрастание степени сжатия сравнительно мало уве-личивает термический к.п.д., всего 0,5% на единицу повышения степени сжатия. Сравнивая повышение степени сжатия в двигателе Renault Scenik Grand –15,2 по сравнению с двигателем Belgee X70 со степенью сжатия 10,5 можно констатировать, что повышение степени сжатия двигателя Re-nault Scenik Grand составляет 5 единиц относительно двигателя Belgee X70, что позволяет повысить термический к.п.д. всего на 15%.
В этом случае теоретический расход топлива, связанный с не-сколько меньшей степенью сжатия в двигателе автомобиля Belgee X70, должен составлять 5,3 +15%х5,3 = 6,1 л. на 100 км. Из заявленного в тех-нической характеристике расхода 10,0 л вычитаем теоретический расход топлива 6,1л и получаем 3,9 л.
Очевидно, что увеличение расхода на 3,9 л – это результат нега-тивного влияния воздушной дроссельной заслонки на рабочий цикл в бен-зиновом двигателе. Следовательно, реальный расход топлива в автомоби-ле Belgee X70 на 64% больше теоретического, рассчитанного в отсутствие воздушной дроссельной заслонки.
Именно регулирование во всем диапазоне условий эксплуатации мощности бензинового двигателя с инжектором воздушной дроссельной заслонкой существенно повышает удельный расход топлива по сравнению с дизельным двигателем, где регулирование мощности осуществляется из-менением цикловой подачи. Других конструктивных отличий между двумя двигателями с точки зрения термодинамики нет.
Предлагаемое техническое решение (заявка на изобретение BY a 20240267) позволит избавить бензиновый автомобильный двигатель с непосредственным впрыском топлива в камеру сгорания от удушающей воздушной дроссельной заслонки и приблизить расход топлива бензино-вого автомобильного двигателя к расходу топлива дизельного двигателя.
Следует помнить, что 3,9л. бензина – это тепловые потери, свя-занные с перегревом двигателя и увеличением содержания в отработавших газах токсических веществ типа СО, СnНm, сажи и др. Наличие в автомо-бильном ДВС с принудительным зажиганием в каждом цилиндре по две отдельные камеры сгорания (ИР, 6, 24; патент BY24378, 2024) позволяет создать экономичные бензиновые двигатели, в которых как в дизельном двигателе не требуется воздушная дроссельная заслонка, а регулирование мощности осуществляется за счет поочередного отключения подачи топ-лива в одну из двух расположенных в каждом цилиндре камер сгорания и изменением, в пределах допустимых значений коэффициента избытка воз-духа, величины цикловой подачи.
Например, в одну камеру сгорания подается топливо в каждом рабочем цикле, а во вторую – только по четным рабочим циклам, или полностью прекращается подача топлива. На холостом ходу возможна подача топлива только в одну камеру сгорания и только по четным рабо-чим циклам, исключая впрыск топлива по нечетным рабочим циклам. Для плавного изменения мощности во всем диапазоне нагрузок, включая холо-стой ход, нами разработана система управления работой автомобильного бензинового двигателя с двумя камерами сгорания в каждом цилиндре при отсутствии воздушной дроссельной заслонки.
На рисунке 1<.b> представлена схема системы управления работой автомобильного бензинового двигателя, не содержащего воздуш-ную дроссельную заслонку; на рисунке 2 представлена схема электронного реле.
Предлагаемый автомобильный бензиновый двигатель внутренне-го сгорания содержит по меньшей мере поршень 1, кинематически соеди-ненный с коленчатым валом 2, цилиндр и головку цилиндра с каналами, клапанами, левой 3 и правой 4 камерами сгорания равного объема с фор-сунками подачи топлива 5 и 6, и свечами зажигания.
Камеры сгорания 3 и 4 сообщены между собой в камере сжатия воздушным зазором между днищем поршня 1 и тарелками клапанов, что упрощает конструкцию двигателя. Воздушный фильтр соединен с впуск-ным каналом головки цилиндра трубопроводом, не содержащим воздуш-ную дроссельную заслонку.
Воздушная дроссельная заслонка в предлагаемом автомобиль-ном бензиновом двигателе отсутствует. Электронная система управления двигателем содержит главный 7 и ускорительный 8 электронные блоки управления подачей топлива, вал синхронизации импульсов 9 главного 7 и ускорительного 8 электронного блоков управления подачей топлива с частотой вращения коленчатого вала 2, педаль газа 10, взаимодействую-щую с датчиками (датчики Холла) 11, 12, 13, связанными электрическими цепями с электронными реле 14, 15, 16, посредством которых катушки форсунок подачи топлива 5 и 6 подключены к двум электронным блокам управления подачей топлива 7 и 8 одновременно.
Главный электронный блок управления подачей топлива 7 под-ключен к катушке форсунки подачи топлива 5 посредством диода для предотвращения перемещения электрических импульсов с ускорительного электронного блока управления подачей топлива 8 на главный электрон-ный блок управления подачей топлива 7.
Электронные реле содержат по два тиристора 17, параллельно подключенных с одной стороны к электронным блокам управления пода-чей топлива 7 и 8, а с другой стороны: первый тиристор с возможностью передачи электрических импульсов от электронного блока управления по-дачей топлива на катушку форсунки подачи топлива, а второй с возмож-ностью передачи электрических импульсов от электронного блока управ-ления подачей топлива минуя катушку форсунки подачи топлива ¬на бал-ластное сопротивление 18, равнозначное электрическому сопротивлению катушки форсунки подачи топлива.
Частота вращения вала двигателя на холостых оборотах под-держивается в пределах 800 – 1000 об/мин с помощью блока автоматики холостого хода 19. Вал синхронизации импульсов 11 главного и ускори-тельного блоков управления подачей топлива кинематически связан с ко-ленчатым валом 2 в соотношении 1:4.
Синхронизация управляющих импульсов с частотой вращения вала двигателя 2 производится импульсами, поступающими в электронные блоки от датчиков 20, взаимодействующих с метками на валу синхрониза-ции импульсов 11, совершающим один оборот за 4-е оборота коленчатого вала 2 в традиционной системе впрыскивания топлива аналогичный датчик взаимодействует с распределительным валом двигателя).
В многоцилиндровом двигателе ля каждого рабочего цилиндра устанавливается своя система управления подачей топлива, которая обес-печивает подачу топлива в цилиндр двигателя в порядке его работы от ин-дивидуальных датчиков, взаимодействующих с выполненной для каждого цилиндра меткой на валу синхронизации импульсов 11.
Главный электронный блок управления подачей топлива 7 осу-ществляет электронное управление форсункой подачи топлива 5 по чет-ным рабочим циклам в левую камеру сгорания 3 и по нечетным рабочим циклам – форсункой подачи топлива 6 в правую камеру сгорания 4 с об-разованием в них обогащенной рабочей смеси (α = 0,7 – 1,1) на всех режи-мах работы двигателя за исключением холостого хода.
Ускорительный электронный блок управления подачей топлива 8 подает электрические импульсы на катушку форсунки подачи топлива 5, установленной в левой камере сгорания 3 по нечетным рабочим циклам на режиме максимальной мощности работы двигателя и осуществляет подачу электрических импульсов на катушку форсунки подачи топлива 2, уста-новленной в правой камере сгорания 4 по четным рабочим циклам с обра-зованием в них обедненной рабочей смеси (α = 1,1 – 1,7) на частичных нагрузках и в режиме максимальной мощности работы двигателя. Подача электрических импульсов на катушку форсунки подачи топлива осуществ-ляется следующим образом.
Электрические импульсы формируются электронными блоками управления подачей топлива 7 и 8 и поступают в электронные реле 14, 15, 16 постоянно независимо от нагрузки двигателя в соответствии с установ-ленной программой.
Датчики 11, 12, 13 подключены к напряжению 5В и соединены электрической цепью с управляющими электродами тиристоров 17. Таким образом в каждый момент времени только на управляющий электрод од-ного тиристора 17 может быть подано напряжение соответствующим дат-чиком. Вследствие в зависимости от положения педали газа 10 электриче-ские импульсы, формируемые электронными блоками управления подачей топлива 7 и 8, могут поступать либо на катушку форсунки подачи топли-ва, либо ¬на балластное сопротивление 18.
Включение и выключение подачи топлива ускорительным элек-тронным блоком управления подачей топлива 8 производится с помощью датчиков 11 и 12 положения педали газа 10.
При переводе педали газа 10 в верхнее положение (педаль отпу-щена) блок автоматики холостого хода 19 с помощью датчика 13 включает электронное реле 14, которое при частоте вращения вала двигателя более 1000 об/мин отключает подачу электрических импульсов на катушку фор-сунки подачи топлива 6, установленной в правой камере сгорания 4 по не-четным рабочим циклам, и включает подачу электрических импульсов на катушку форсунки подачи топлива 6, установленной в правой камере сго-рания 4 по нечетным рабочим циклам при частоте вращения вала двигате-ля менее 800об/мин.
Следует отметить, что в многоцилиндровых двигателях в под-держании устойчивых оборотов холостого хода может быть задействована только часть цилиндров, число которых еще зависит от температуры дви-гателя, а при торможении двигателем возможно отключение подачи топ-лива во все цилиндры до снижения оборотов принудительного холостого хода до 1200об/мин.
При нажатии на педаль газа 10 датчик 13 отключит блок автома-тики холостого хода 19, и подача электрических импульсов на катушку форсунки подачи топлива 6, установленной в правой камере сгорания 4, возобновится по нечетным рабочим циклам независимо от частоты враще-ния вала двигателя.
Затем, при дальнейшим нажатии на педаль газа 10 датчик 11 по-ложения педали газа 10 посредством электронного реле 15 первым вклю-чит подачу электрических импульсов от ускорительного электронного блока управления подачей топлива 8 на катушку форсунки подачи топли-ва 6, установленной в правой камере сгорания 4 по четным рабочим цик-лам с образованием в них обедненной рабочей смеси (α = 1,1 – 1,7) на ча-стичных нагрузках.
В многоцилиндровых двигателях для плавного набора мощности на каждый цилиндр устанавливается отдельный датчик 11 и электронное реле 15, поочередно включающие подачу электрических импульсов от ускорительного электронного блока управления подачей топлива 8 на ка-тушку форсунки подачи топлива 6.
Далее при полном нажатии на педаль газа 10 датчик 12 положе-ния педали газа посредством электронного реле 16 включит подачу элек-трических импульсов от ускорительного электронного блока управления подачей топлива 8 на катушку форсунки подачи топлива 5, установленной в левой камере сгорания 3, и по нечетным рабочим циклам на режимах максимальной мощности работы двигателя с образованием в них обеднен-ной рабочей смеси (α = 1,1 – 1,5).
Подача топлива форсункой подачи топлива 6 при включении форсунки подачи топлива 5 ускорительным электронным блоком управ-ления подачей топлива 8 не прекращается, и двигатель в этом случае рабо-тает на максимальной мощности.
Включение и отключение подачи топлива форсунками подачи топлива 5 и 6 осуществляется за счет перераспределения электрических импульсов, формируемых в электронных блоках управления подачей топ-лива 7 и 8 на катушки форсунок подачи топлива 5 и 6 или на балластные сопротивления 18 при подачи напряжения датчиками 11, 12 и 13 на управляющие электроды соответствующих тиристоров 17, входящих в конструкцию электронных реле 14, 15, 16.
Вследствие ни один электрический импульс от электронных бло-ков управления подачей топлива 7 и 8 не «зависнет» и не будет разорван при переключении их тиристорами 17, которые не закроются, не пропу-стив электрический импульс полностью.
Таким образом регулирование мощности бензинового автомо-бильного двигателя с двумя камерами сгорания в каждом цилиндре при отсутствии воздушной дроссельной заслонки является выполнимым и промышленно применимым.
К основным усовершенствованиям двигателей Даймлера можно отнести: батарейное зажигание, двухкамерный карбюратор, форкамерно–факельное воспламенение, применение фазорегуляторов, система питания с впрыскиванием легкого топлива и электронным регулированием.
Предлагаемая система управления работой автомобильного бен-зинового двигателя в отсутствии воздушной дроссельной заслонки может быть очередным существенным усовершенствованием двигателей Даймле-ра, которое позволит в современных автомобилях с бензиновым двигате-лем уменьшить расход топлива на 25 – 40% при значительном снижении содержания токсических веществ в отработавших газах.
По сравнению с дизельными двигателями внутреннего сгорания предлагаемый бензиновый двигатель имеет следующие преимуще-ства.
Изобретатели Александр Антоненко, Андрей Антоненко
Телефоны: (+375 17) 374-62-69 (раб.), (+375 29) 532-98-07 (моб.)
Почта: dvsantonenko@gmail.com
Рис. 1. Схема системы управления работой автомобильного бензинового двигателя, не содержа-щего воздушную дроссельную заслонку.
1 – поршень; 2 – коленчатый вал; 3 и 4 – форсунки подачи топлива; 5 и 6 – ле-вая и правая камеры сгорания; 7 – главный блок управления подачей топлива; 8 – ускорительный блок управления подачей топлива; 9 – вал синхронизации; 10 – педаль газа; 11, 12, 13 – датчики (датчики Холла); 14, 15, 16 – электронные реле; 19 – блок автоматики холостого хода; 20 – датчики вала синхронизации.
Рис. 2. Схема электронного реле
17 – тиристоры; 18 – балластное сопротивление