СИСТЕМА ПОДАЧИ ТОПЛИВА В ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1994 года по МПК F02M51/06 

Изобретение может использоваться для подачи жидкого топлива в тепловые двигатели, например в двигатели внутреннего сгорания, и может применяться как на транспортных средствах, так и на стационарных двигательных установках.

Известна система подачи топлива карбюраторного двигателя, содержащая топливный бак, топливопроводы, топливный насос и карбюратор. Принцип действия системы заключается в следующем. При вращении коленчатого вала двигателя приводится в действие посредством эксцентрикового механизма привода топливный насос, который засасывает топливо из топливного бака и по топливопроводу нагнетает его в поплавковую камеру карбюратора. При этом в смесительной камере карбюратора струей воздуха обеспечивается распыление топлива и образование горючей смеси, которая поступает в цилиндр двигателя и сгорает, обеспечивая рабочий ход поршня двигателя. При работе системы часть топлива, подаваемая насосом через калиброванное отверстие специального штуцера карбюратора, расположенного перед клапаном поплавковой камеры, по сливному топливопроводу, стекает в бак. Таким образом обеспечивается непрерывная циркуляция части и топлива, что препятствует образованию воздушных пробок и прекращению подачи топлива. Основным элементом системы подачи топлива является топливный насос, который представляет собой диафрагменный насос с механическим приводом от двигателя, имеющий всасывающий и нагнетательный клапаны.

Недостатком указанной системы подачи топлива являются низкий ресурс работы и невысока надежность, а также сложность системы привода. Отмеченные недостатки обусловлены прежде всего наличием в системе механического диафрагменного насоса, ресурс и надежность которого определяются износом механических частей (привода, диафрагмы, клапанов). Одновременно с этим механический насос требует жесткой механической связи с двигателем, которая в указанной системе подачи топлива реализуется посредством механического привода эксцентриквоого типа при установке насоса в непосредственной близости от двигателя, что увеличивает длину всасывающего топливопровода. Установка насоса непосредственно на двигателе часто приводит к неустойчивой работе системы подачи топлива в летнее время (особенно в регионах с жарким климатом) за счет нагрева корпуса насоса от двигателя с соответствующим повышением парообразования топлива в рабочей зоне насоса. Кроме этого, возрастают потери давления во всасывающем топливопроводе, что снижает давление топлива на входе в насос. Обе эти причины приводят к срыву в работе насоса и прекращению подачи топлива в вдигатель, что дополнительно снижает надежность указанной системы.

Известна система питания для двигателя внутреннего сгорания, выбранная за прототип, являющаяся базовым объектом и содержащая впускной топливопровод, карбюратор с поплавковой камерой, топливный насос с корпусом, всасывающим и нагнетательным клапанами, диафрагмой, коромыслом привода диафрагмы, причем для стабилизации подачи топлива топливный насос снабжен вакуумной камерой, выполненной в виде двух шарообразных разъемных полостей, размещенных в корпусе и сообщенных с впускным топливопроводом, и золотником с электромагнитным приводом, а карбюратор снабжен топливной емкостью, разделенной при помощи перегородки на две полости и размещенной на крышке поплавковой камеры, излучателем, приемником и усилителем, связанным электрической цепью с электромагнитным приводом золотника.

Система питания работает следующим образом. При запуске двигателя золотник находится в таком положении, когда трубопровод, соединяющий вакуумную камеру насоса с впускным трубопроводом, соединяет указанную камеру с атмосферой. Увеличение температуры приводит к интенсивному парообразованию и снижению уровня топлива. Интенсивное поступление с топливом пузырьков его паров в зону распространения ультразвуковых волн приводит к изменению величин электроимпульсов, поступающих в усилитель. В результате золотник поворачивается, вакуумная камера соединяется с всасывающим коллектором. Давление поступающего в карбюратор топлива автоматически увеличивается. Это продолжается до тех пор, пока интенсивное образование пузырьков топлива не изменяется, т.е. пока их выделение из топлива не прекратится. Таким образом осуществляется стабилизация подачи топлива.

Недостатками указанной системы являются ее низкий ресурс работы, невысокая надежность, сложность механической системы, обусловленные наличием в системе диафрагменного насоса и клапанов, а также привода указанного насоса эксцентрикового типа, обеспечивающего преобразование вращательного движения эксцентрика в возвратно-поступательное движение рабочего органа - диафрагмы топливного насоса. В свою очередь, основная причина, ограничивающая ресурс работы и надежность механического топливного насоса, заключена в наличии движущихся механических частей как в рабочей полости насоса, так и вне ее с соответствующим их износом. К прекращению подачи топлива может привести разрыв диафрагмы, износ или загрязнение клапанов насоса, подсос воздуха в полости над диафрагмой вследствие неплотного крепления частей насоса между собой.

Известна система подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания, содержащая топливный бак, топливораспыливающее устройство и расположенное между ними устройство подкачки топлива, имеющее корпус с внутренней полостью, сообщенной с подводящим и отводящим трубопроводами для топлива, и размещенные во внутренней полости два изолированных электрода, выводы которых подключены к выходу высоковольтного источника питания, имеющего блок управления.

Недостатком указанного устройства является сложность конструкции.

Цель изобретения - упрощение конструкции системы подачи топлива.

Поставленная цель достигается тем, что в системе подачи топлива, содержащей топливный бак, топливораспыливающее устройство и расположенное между ними устройство подкачки топлива, имеющее корпус с внутренней полостью, сообщенной с подводящим и отводящим трубопроводами для топлива, и размещенные во внутренней полости два изолированных электрода, выводы которых подключены к выходу высоковольтного источника питания, имеющего блок управления, стенка внутренней полости корпуса выполнена цилиндрической и образует в последнем проточный канал, один из электродов выполнен в виде цилиндрической втулки, установленной на цилиндрической стенке корпуса и имеющей конфузорно-диффузорный канал, образующий часть проточного канала, а другой электрод расположен соосно с последним и имеет концевой заостренный участок, размещенный с образованием продольного зазора по оси проточного канала корпуса относительно втулки.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое техническое решение содержит ряд новых конструктивных признаков, поэтому данное техническое решение обладает существенными отличиями.

Из анализа патентной и научно-технической литературы следует, что данная совокупность заявляемых признаков, необходимая для достижения поставленной цели, в настоящее время неизвестна. Это позволяет сделать вывод в том, что заявляемое решение соответствует критерию "новизна".

На фиг. 1 показана структурная блок-схема предлагаемой системы подачи топлива; на фиг.2 - принципиальная схема топливного насоса; на фиг.3 - принципиальная схема системы блокировки включения высоковольтного источника питания; на фиг.4 - структурная блок-схема управления производительностью топливного насоса.

Система подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания содержит топливный бак 1, который гидравлически связан с топливным насосом 2 и устройством для впрыска топлива, например карбюратором 3, топливопроводами 4, 5 и 6. Питание топливного насоса обеспечивается высоковольтным источником 7 с блоком управления 8, электрически связанными с аккумуляторной батареей 9 через замок зажигания 10. Топливный насос содержит диэлектрический корпус 11, эмиттерный электрод 12, выполненный, например, в виде иглы, и коллекторный электрод 13, выполненный в виде цилиндрической электропроводной втулки, установленной на цилиндрической стенке корпуса и имеющей конфузорно-диффузорный канал, образующий часть проточного канала, причем эмиттерный электрод 12 расположен соосно с коллекторным электродом 13.

Система подачи топлива работает следующим образом. При установке ключа в замке зажигания 10 в положение "Зажигание включено" замыкается электрическая цепь питания блока управления 8 от аккумуляторной батареи 9, электрически связанных с высоковольтным источником 7 питания. В результате этого на выходе источника 7 получают высокое напряжение (около 25 кВ), которое подают на коллекторный электрод 13. Принцип действия топливного насоса основан на электрогидродинамическом эффекте, сущность которого заключается во взаимодействии униполярно заряженной диэлектрической жидкости с сильным электрическим полем, создаваемым между электродами разной кривизны. Таким образом, при подаче высокого напряжения на коллекторный электрод 13 в межэлектродном промежутке создается сильное электрическое поле с высокой степенью неоднородности в окрестности эмиттерного электрода 12, что обеспечивает инжекцию зарядов с эмиттера. Под действием сил электрического поля заряды перемещаются к коллекторному электроду 13. В результате взаимодействия зарядов с нейтральными молекулами жидкости осуществляется перекачка рабочей среды. На коллекторном электроде 13 происходит деионизация потока и нейтральная жидкость подается через отводящий топливопровод 5 в рабочую сеть. В результате топливо из топливного бака 1 поступает по подводящему топливопроводу 4 в топливный насос 2 и затем по отводящему топливопроводу 5 подается в карбюратор 3. В карбюраторе происходит смешение подаваемого топлива с воздухом, в результате которого образуется горючая смесь, которая поступает в камеру сгорания двигателя. При работе системы часть топлива, подаваемого насосом поплавковую камеру карбюратора, сливается по сливному топливопроводу 6 обратно в бак 1. В предлагаемой системе подачи топлива (в отличие от прототипа) насос может быть установлен в любом месте от топливного бака до карбюратора или другого устройства для впрыска топлива в камеру сгорания.

Для предотвращения включения высоковольтного источника питания при минимальном уровне топлива в топливном баке в предлагаемой системе подачи топлива датчик уровня содержит дополнительные контакты, электрически связанные с реле блокировки блока управления высоковольтного источника питания. Схема блокировки высоковольтного источника содержит датчик уровня 14, расположенный в топливном баке 1, причем электрические контакты датчика связаны механически с поплавком 15 и электрически с реле блокировки 16 высоковольтного источника питания 7, электрически связанного с блоком управления 8. При минимальном уровне топлива в топливном баке, например около 1-2 л, контакты датчика уровня 14 разомкнуты и в обработке реле блокировки 16 тока нет, а следовательно, разомкнута электрическая цепь питания высоковольтного источника 7, что предотвращает его включение.

Преимущества предлагаемого устройства по сравнению с аналогами следуют из рассмотренного принципа его действия. Это отсутствие движущихся механических частей (кроме самой жидкости), отсутствие клапанов, наличие только статических уплотнений, простота конструкции, бесшумность работы, возможность простого регулирования выходных параметров насоса посредством изменения напряжения питания.

В свою очередь, отсутствие клапанов и движущихся механических частей обеспечивает высокий ресурс работы и надежность топливного насоса, а следовательно, и всей предлагаемой системы подачи топлива. Существенное упрощение конструкции предлагаемого топливного насоса (по сравнению с прототипом) в сочетании с устранением механического привода насоса обеспечивает значительное упрощение системы подачи топлива в целом и повышение ее технологичности.

Топливные насосы, используемые в системах питания карбюраторных двигателей внутреннего сгорания, имеют выходные параметры: расход 3-6 мл/с при давлении 0,22-0,3 атм, что соответствует уровню гидравлической мощности 66-180 мВт. В учетом КПД предлагаемого насоса уровень потребляемой электрической мощности не превысит 1 Вт. Столь низкий уровень потребляемой электрической мощности позволяет выполнить высоковольтный преобразователь компактным, с малой массой, а также легко обеспечить требуемые условия электробезопасности, поскольку ток, потребляемый насосом, чрезвычайно мал и не превышает 40 мкА. При этом обеспечение устойчивой работы насоса может достигаться, например, выполнением блока управления высоковольтного источника по схеме со стабилизацией режима работы по току нагрузки источника.

Предлагаемая система подачи топлива может обеспечивать управление производительностью топливного насоса посредством изменения напряжения питания насоса пропорционально числу оборотов коленчатого вала двигателя. Это достигается с помощью электрической связи измерителя числа оборотов с блоком управления высоковольтного источника.

Система управления производительностью насоса содержит измеритель 17 числа оборотов коленчатого вала двигателя, усилитель 18, пороговое устройство 19, электрически соединенные с блоком управления 8 высоковольтного источника 7. Система управления работает следующим образом. При повороте ключа в замке зажигания в положение "зажигание включено" пороговое устройство 19 обеспечивает такой режим работы блока управления 8, что на выходе блока получают максимальное напряжение, которое подают на вход высоковольтного источника 7. При этом на выходе высоковольтного источника 7 получают максимальное напряжение, а следовательно, обеспечивают максимальную подачу топливного насоса, что значительно сокращает время подготовки к запуску двигателя. После запуска двигателя пороговое устройство 19 обеспечивает коммутацию цепей управления блока управления 8 с измерителем 17 числа оборотов коленчатого вала двигателя. При этом электрический сигнал от измерителя числа оборотов поступает через усилитель 18 и пороговое устройство 19 в управляющую цепь блока управления 8 высоковольтного источника 7, обеспечивая соответствующее числу оборотов коленчатого вала напряжение на выходе высоковольтного источника 7, а следовательно, и требуемую производительность насоса.

Достоинства предлагаемой системы подачи жидкого топлива (по сравнению с прототипом) заключаются в следующем.

Предлагаемая система подачи топлива обладает высоким ресурсом работы и надежностью, поскольку содержит топливный насос, не имеющий движущихся механических частей, не требует механизма привода от двигателя, клапанной системы и содержит только статические уплотнительные узлы.

В предлагаемой системе достигается улучшение ее технологичности при одновременном упрощение комплектующих деталей насоса, конструкция которого представляет собой два простых по конфигурации электрода, расположенных в прямолинейном диэлектрическом канале.

Предлагаемая система имеет ряд электрических связей, обеспечивающих экономию энергии аккумуляторной батареи, защиту высоковольтного источника питания насоса при нерасчетных режимах работы, а также управление производительностью насоса в соответствии с числом оборотов коленчатого вала двигателя.

Предлагаемое устройство можно использовать не только в карбюраторных двигателях внутреннего сгорания, но и в любом другом тепловом двигателе, использующем жидкое топливо.

Использование: область машиностроения, а именно системы топливоподачи в двигателях. Сущность изобретения: система подачи топлива содержит топливный бак, гидравлически связанный с топливным насосом и устройством впрыска топлива топливопроводами. Топливный насос содержит диэлектрический корпус, эмиттерный электрод, выполненный, например, в виде иглы, и коллекторный электрод, выполненный в виде цилиндрической электропроводной втулки, причем эмиттерный электрод расположен соосно с коллекторным электродом. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. СИСТЕМА ПОДАЧИ ТОПЛИВА В ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащая топливный бак, топливораспыливающее устройство и расположенное между ними устройство подкачки топлива, имеющее корпус с внутренней полостью, сообщенной с подводящим и отводящим трубопроводами для топлива, и размещенные во внутренней полости два изолированных электрода, выводы которых подключены к выходу высоковольтного источника питания, имеющего блок управления, отличающаяся тем, что, с целью упрощения конструкции, стенка внутренней полости корпуса выполнена цилиндрической и образует в последнем проточный канал, один из электродов выполнен в виде цилиндрической втулки, установленной на цилиндрической стенке корпуса и имеющей конфузорно-диффузорный канал, образующий часть проточного канала, а другой электрод расположен соосно с последним и имеет концевой заостренный участок, размещенный с образованием продольного зазора по оси проточного канала корпуса относительно втулки. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что топливный бак снабжен датчиком минимального уровня топлива с электрическим преобразователем, подключенным к входу блока управления, а последний снабжен схемой блокировки для высоковольтного источника питания. 3. Система по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что она снабжена датчиком частоты вращения вала двигателя, подключенным к входу блока управления, а последний снабжен управляющей схемой пропорционального изменения выходного напряжения высоковольтного источника питания.