СИСТЕМА ПИТАНИЯ ДЛЯ ГАЗОВОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1995 года по МПК F02M21/02 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к системам питания для газового двигателя внутреннего сгорания.

Известна система подачи газа, содержащая двухкамерный карбюратор, дозатор газа и газосмесительную проставку, снабженную кольцевыми смесителями и расположенную в корпусе смесительных камер карбюратора между большими диффузорами и дроссельными заслонками.

Недостаток этой системы связан с неудовлетворительной ее работой на режимах холостого хода и переходных режимах из-за несовершенства конструктивного выполнения привода дозатора газа.

Известна также система питания для газового двигателя, содержащая редуктор-испаритель с установленным на входе золотником, дозатор газа и отсечной клапан, размещенный в жидкой фазе в газовом баллоне, и измеритель воздуха, связанный электрической цепью с золотником.

Недостаток этой системы связан с неполнотой испарения сжиженного нефтяного газа, так как испарение происходит за счет теплоты входящего воздуха. Кроме того, золотник не обеспечивает точное взаимное положение его кромки относительно седла дозатора газа. Дозирование газа происходит нестабильно, что сопровождается ухудшением топливной экономичности и снижение экологических показателей.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является система питания, содержащая газовый баллон с расходно-наполнительным и контрольно-предохранительным устройствами (мультиклапан) и указатель уровня газа, карбюратор с размещенным над ним газосмесительным устройством и сообщенным с редуктором-испарителем, содержащим корпус с выполненными в нем полостями высокого и низкого давления, подпружиненную мембрану высокого давления, кинематически связанную с запорным элементом клапана высокого давления, электромагнитный газовый клапан, содержащий корпус с входной и выходной полостями и седлом и сообщенный с газовым баллоном и редуктором-испарителем, переключатель вида топлива, связанный электрической цепью с электромагнитным газовым и бензиновым клапанами.

Недостаток этой системы питания связан с тем, что при резких изменениях нагрузки в результате инерционности подвижных элементов первой и второй ступеней редуктора-испарителя происходит обогащение или переобеднение горючей смеси, в результате чего работа двигателя становится неустойчивой и тем самым неэкономичной.

Целью изобретения является повышение топливной экономичности, снижение токсичности отработавших газов и упрощение конструкции системы питания.

Это достигается тем, что редуктор-испаритель снабжен изолированным каналом, размещенным между полостями низкого и высокого давления с образованием обратной связи, мембрана высокого давления редуктора-испарителя установлена с образованием управляющей камеры, редуктор-испаритель снабжен регулируемым дросселем, установленным в канале обратной связи, газосмесительное устройство снабжено диффузором с дозирующими отверстиями, размещенными в критическом его сечении под углом к продольной оси диффузора и размещен в корпусе с образованием полостей, сообщенный через центральные каналы с редуктором-испарителем, запорный элемент электромагнитного клапана выполнен составным и образован шайбой с уплотнением и подпружиненным центрирующим стержнем, кинематически связанным с шайбой, входная и выходная полости сообщены между собой по меньшей мере двумя соединительными каналами, причем угол образующей седла клапана, размещенный между осью канала седла и его образующей, составляет 15-45^о, а опорная поверхность выполнена по радиусу, равному 0,05 от величины условного проходного диаметра седла, входные и выходные каналы мультиклапана выполнены в виде трубопровода, сообщенного с одной стороны с расходно-наполнительным вентилем, а с другой с органом отключения заправки газом и скоростным клапаном, размещенным в жидкой фазе в нижней части газового баллона в корпусе с двумя седлами и шариком (клапаном) и кинематически связанным через толкатель с поплавковым механизмом, предохранительный клапан выполнен в виде цилиндра с седлом, подпружиненного поршня с надпоршневой и подпоршневой полостями, причем надпоршневая полость сообщена через обводной канал с газовым баллоном и через дренажную трубку с атмосферой, обводной канал снабжен запорным вентилем, дистанционный указатель уровня газа снабжен датчиком, выполненным в виде электрически связанных между собой резисторов, диодов, магнитоуправляемых контактов (герконов), и приемником, снабженным оцифрованной шкалой, стрелкой с электромагнитным приводом и контрольной лампой резервного топлива, корпус и выходной штуцер с каналом вынесенной заправочной горловины сообщены между собой с образованием полости и размещенными в ней седлом и подпружиненным со стороны канала выходного штуцера запорным самоцентрирующим элементом с уплотнителем, а в поперечном сечении корпуса выходного штуцера выполнены соединительные каналы, сообщенные с полостью и каналом выходного штуцера, а приемник указателя размещен в кабине водителя автотранспортного средства.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема системы питания; на фиг.2 принципиальная схема редуктора-испарителя; на фиг.3 принципиальная схема мультиклапана; на фиг.4 принципиальная электрическая схема датчика дистанционного указателя уровня газа; на фиг.5 схема газосмесительного устройства; на фиг. 6 схема вынесенной заправочной горловины; на фиг.7 принципиальная схема электромагнитного клапана; на фиг.8 соединительные каналы электромагнитного клапана; на фиг.9 седло электромагнитного клапана.

Система питания содержит газовый баллон 1 с расходно-наполнительной и контрольно-предохранительным устройствами 2 (мультиклапан), связанный через трубопровод 3 с вынесенной заправочной горловиной 4, а через трубопровод 5, электромагнитный клапан 6 с редуктором-испарителем 7. Последний через трубопровод 8 сообщен с газосмесительным устройством 9 карбюратора 10. Мультиклапан 2 оснащен дистанционным указателем 11 уровня газа в баллоне 1. Редуктор-испаритель 7 через входной и выходной трубопроводы 12 и 13 соответственно сообщен с системой охлаждения двигателя. Бензиновая система питания содержит бензиновый бак 14, сообщенный через бензопровод 15, бензиновый насос 16 и электромагнитный бензиновый клапан 17 с поплавковой камерой 18 карбюратора 10. Переключатель 19 вида топлива через электрическую цепь 20 связан с электромагнитным бензиновым и газовым клапанами 17 и 6 соответственно, а через цепь 21 с источником 22 питания.

Редуктор-испаритель 7 (фиг.1) содержит корпус 23 (фиг.2) с полостями 24 и 25 низкого и высокого давления соответственно, каналы (трубопроводы) 12 и 13 входа и выхода охлаждающей жидкости. Мембрана 26 высокого давления установлена между корпусом 1 и крышкой 27 с образованием управляющей камеры 28 и нагружена пружиной 29. Канал 30 обратной связи выполнен изолированным от рабочего канала 31, сообщающим полости 25 и 24 высокого и низкого давления соответственно, и снабжен регулируемым дросселем 32. Мембрана 26 через шток и рычаг 33 кинематически связана с клапаном 34 высокого давления. Полость 25 высокого давления при помощи канала 35 и трубопровода 36 сообщена с трубопроводом 5 и электромагнитным газовым клапаном 6.

Разгрузочное устройство 37 встроено в корпус 23 и состоит из мембраны 38, нагруженной пружиной 39, и полости 40, сообщенной через трубопровод 41 с задроссельным пространством карбюратора 10. Мембрана 38 через шток кинематически связана с одной стороны через двуплечий рычаг 42, нагруженный пружинами 43 и 44, с клапаном 45 низкого давления, а с другой через шток 46 с якорем 47 электромагнита 48. Усилие пружины 44 изменяют через регулировочный винт 49 и цилиндр 50. В выходном трубопроводе 8 размещены дозаторы 51 газа. Вторая управляющая камера 52 размещена между мембраной 53 и крышкой 54 корпуса 23 и сообщена через штуцер 55 с внутренней полостью воздушного фильтра.

Мультиклапан (фиг. 3) содержит корпус 56, размещенный в верхней части газового баллона 1, трубопровод 57, нижняя часть которого сообщена с устройством 58 отключения заправки газом и скоростным клапаном, находящегося на дне (в нижней части) баллона в жидкой фазе газа, а верхняя с полостью 59 расходно-наполнительного вентиля 60. Устройство 58 отключения заправки газом и скоростной клапана содержит седло 61, корпус 62 с размещенным в нем шариком 63, выполняющим роль клапана отключения подачи газа и скоростного клапана. Шарик 63 через толкатель 64 взаимодействует с поплавком 65 и через рычаг 66 магнита взаимодействует с дистанционным указателем уровня газа, снабженным датчиком 67, выполненным в виде электрически связанных между собой резисторов 68 (фиг.4), диодов 69, магнитоуправляемых контактов (герконы) 70 и приемника 71, снабженного оцифрованной шкалой 72, стрелкой 73 с электромагнитным приводом и контрольной лампой 74 резервного топлива, связанной с источником 75 питания. Приемник 71 указателя входит в состав оборудования автомобиля, указатель бензина размещен в кабине водителя автотранспортного средства.

Предохранительный клапан (фиг.3) снабжен вентилем 76 и выполнен в виде цилиндра с седлом, подпружиненного поршня 77 с надпоршневой и подпоршневой полостями, причем надпоршневая полость сообщена через обводной канал 78 с газовым баллоном 1 и через дренажную трубку 79 с атмосферой, а надпоршневая полость сообщена с газовым баллоном 1. Вентиль 76 перекрывает обводной канал 78. Вынесенная заправочная горловина 80 снабжена обратным клапаном 81 и штуцером 82 расхода газа.

Газосмесительное устройство 9 (фиг. 1) содержит корпус 83 (фиг.5) с размещенными в нем диффузорами 84 с дозирующими отверстиями (каналами) 85, размещенными в критическом их сечении 86 под углом к продольной оси 87 диффузоров 84. Корпус 83 выполнен с образованием полостей 88, сообщенных через центральные каналы 89 с редуктором-испарителем 7.

Вынесенная заправочная горловина (фиг.6) снабжена корпусом 90 и выходным штуцером 91 с каналами 92, сообщенными между собой с образованием полости и размещенными в ней седлом 94 и запорным элементом 95, нагруженным пружиной 96. В поперечном сечении корпуса выходного штуцера 91 выполнены соединительные каналы 97, сообщенные с полостью 93 и каналом 92. Корпус 90 закрыт колпачковой гайкой 98 и снабжен уплотнительной прокладкой 99. Герметичность соединений корпуса 90 и штуцера 91 обеспечивается с помощью уплотнителя 100. Крепление вынесенной заправочной горловины 4 к корпусу автомобиля 101 обеспечивается с помощью гайки 102.

Электромагнитный клапан 6 (фиг.1) содержит корпус 103 (фиг.7) с входной полостью 104, размещенной во входном штуцере 105, и выходной полостью 106 с седлом 107, сообщенной с выходным штуцером 108. В корпусе 109 электромагнита размещена катушка 110, связанная электрической цепью с источником питания. Запорный элемент (якорь) образован подвижной шайбой 111 с уплотнителем 112 и центрирующим стержнем 113, нагруженным пружиной 114. Корпус 109 герметично скреплен с корпусом 103 с помощью винтов 115. Герметичность соединений корпуса со штуцером 105 и корпусом 109 обеспечивается с помощью уплотнений 116 и 117 соответственно. Входная и выходная полости 104 и 106 сообщены между собой при помощи соединительных каналов 118. Входная полость 104 сообщена со штуцером 82 мультиклапана, а выходная полость 106 с газовым редуктором-испарителем. Угол α образующей 119 седла 107 клапана, размещенный между осью 120 канала 121 седла 107 и его образующей 119, составляет 15-45^о. Опорная поверхность 122 седла 107 выполнена по радиусу R, равным 0,05 от условного проходного диаметра D_y.

Величина напряжения, подаваемая на катушку 110 электромагнита, составляет 12В ± 0В. Мощность потребляемая катушкой 110 электромагнита составляет 4 Вт. Клапан рассчитан на давление 1,6 МПа.

Система работает следующим образом.

При заправке газового баллона 1 сжиженный газ через каналы 97 и 92 заправочной горловины 4 поступает в расходно-наполнительное устройство 80 и по трубопроводу 57 в газовый баллон 1. В начале заправки запорный орган (шарик) 63, отжатый толкателем 64, находится в нижней части корпуса 62, обеспечивая поступление газа через седло 61 в баллон 1. По мере наполнения газового баллона 1 поплавок 65 разворачивает ось 123. Одновременно с этим под действием давления газа шарик 63 поднимается. По достижении заданного уровня газа в баллоне 1, например 80% от полной вместимости, толкатель 64 выходит из седла 61, а шарик 63 перекрывает выходное отверстие седла 61. Наполнение баллона 61 автоматически прекращается.

При работе на газе через переключатель 19 вида топлива подают электрический сигнал на катушку 110 электромагнита, в результате чего возникает электромагнитное поле, взаимодействующее с подвижной шайбой 11. Под действием электромагнитного поля шайба (якорь) 111 отрывается от седла 107 и обеспечивается подача газа в выходную полость 106 электромагнитного клапана 6. Выбранные геометрические параметры седла 107 обеспечивают надежную работу уплотнителя 112, сопровождающуюся высокой степенью герметичности клапана при отсутствии расхода газа.

При обычной работе через штуцер трубопровода 36 газ (в жидкой фазе) поступает в испаритель, а затем во внутреннюю полость 25 высокого давления. Испаритель и полость 25 омываются жидкостью, поступающей через входной трубопровод 12. За счет тепла этой жидкости происходит испарение газа.

Клапан 34 высокого давления перекрывает поступление газа (в парообразной фазе) в редуктор-испаритель, когда давление газа в полости 25 достигает значения 0,05-0,08 МПа в зависимости от усилия пружины 29. Если в полость 25 газ частично поступает в жидкой фазе, то в ней он окончательно переходит в паровую фазу.

Испаренный газ через клапан 45 поступает в полость 24 низкого давления, где давление снижается до величины близкой к атмосферному давлению и поддерживается в пределах от -50 Па до +30 Па на всех режимах работы двигателя в зависимости от регулировки усилия пружины 44. Из полости 24 низкого давления через дозаторы 51 газа и трубопроводы 8 газ из редуктора-испарителя 7 поступает в газосмесительное устройство 9 карбюратора 10.

При неработающем двигателе давление в полости 40 разгрузочного устройства равно атмосферному. Клапан 45 закрыт под действием пружины 39 разгрузочного устройства 37.

Перед пуском двигателя (в холодное время года) газ в полость 24 поступает через клапан 45, который в этом случае открывается с помощью электромагнита 48, создающего электромагнитное поле, взаимодействующее с якорем 47. Управление клапаном 45 может быть осуществлено путем механического нажатия на регулировочный винт 49. Во время пуска двигателя стартером в его впускной системе создается разрежение, которое через трубопровод 41 передается в полость 40 разгрузочного устройства 37. Его пружина 39 сжимается и освобождает рычаг 42 клапана 45.

Применение обратной связи в виде канала 30 между полостями 28 и 24 позволяет повысить стабильность и экономичность работы двигателя на переходных режимах работы, т.е. при резком открытии или закрытии дроссельных заслонок карбюратора 10.

При резком открытии дроссельных заслонок карбюратора 10 создается скачкообразное разрежение в полости 24, которое по каналу 30 обратной связи передается в полость управляющей камеры 28. Мембрана 26 поднимается, в результате этого несколько прикрывается клапан 34. Давление газа в полости 25 высокого давления уменьшается и передается через клапан 45 в полость 24 низкого давления и, воздействуя на мембрану 53, обеспечивает более интенсивную работу второй ступени, т.е. большее открытие клапана 45 и, как следствие, предотвращается переобеднение горючей смеси в начальный период перехода к большим нагрузкам двигателя.

Такое конструктивное выполнение системы питания обеспечивает достижение поставленной цели изобретения.

Использование: в машиностроении для повышения топливной экономичности, снижения токсичности отработавших газов и упрощения конструкций. Сущность изобретения: система питания содержит газовый балон 1, мультиклапан 2, связанный через трубопровод 3 с вынесенной заправочной горловиной 4, а через трубопровод 5, электромагнитный клапан 6 с редуктором- испарителем 7, сообщенным с газосмесительным устройством 9 карбюратора 10. Мультиклапан 2 оснащен дистанционным указателем 11 уровня газа в баллоне 1. Переключатель 19 вида топлива через электрическую цепь 20 связан с электромагнитным бензиновым и газовым клапанами 17 и 6 соответственно, а через цепь 21 с источником питания. 2 з. п. ф-лы, 9 ил.

1. СИСТЕМА ПИТАНИЯ ДЛЯ ГАЗОВОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащая газовый баллон с расходно-наполнительным и контрольно-предохранительным устройствами и указатель уровня газа, карбюратор с размещенным над ним газосмесительным устройством и сообщенным с редуктором-испарителем, содержащим корпус с выполненными в нем полостями высокого и низкого давления, подпружиненную мембрану высокого давления, кинематически связанную с запорным элементом клапана высокого давления, электромагнитный газовый клапан, содержащий корпус с входной и выходной полостями и седлом и сообщенный с газовым баллоном и редуктором-испарителем, переключатель вида топлива, связанный электрической цепью с электромагнитным газовым и бензиновым клапанами, отличающаяся тем, что, с целью повышения топливной экономичности, снижения токсичности отработавших газов и упрощения конструкции, редуктор-испаритель снабжен изолированным каналом, размещенным между полостями низкого и высокого давления с образованием обратной связи, мембрана высокого давления редуктора-испарителя установлена с образованием управляющей камеры, редуктор-испаритель снабжен регулируемым дросселем, установленным в канале обратной связи, газосмесительное устройство снабжено диффузором с дозирующими отверстиями, размещенными в критическом его сечении под углом к продольной оси диффузора и размещен в корпусе с образованием полостей, сообщенных через центральные каналы с редуктором-испарителем, запорный элемент электромагнитного клапана выполнен составным и образован шайбой с уплотнителем и подпружиненным центрирующим стержнем, кинематически связанным с шайбой, входная и выходная полости сообщены между собой по меньшей мере двумя соединительными каналами, причем угол, образующий седла клапана, размещенный между осью канала седла и его образующей, составляет 15 - 45^o, а опорная поверхность выполнена по радиусу, равному 0,5 от величины условного проходного диаметра седла, входные и выходные каналы мультиклапана выполнены в виде трубопровода, сообщенного с одной стороны с расходно-наполнительным вентилем, а с другой с органом отключения заправки газом и скоростным клапаном, размещенным в жидкой фазе в нижней части газового баллона в корпусе с двумя седлами и шариком и кинематически связанным через толкатель с поплавковым механизмом, предохранительный клапан выполнен в виде цилиндра с седлом подпружиненного поршня с надпоршневой и подпоршневой полостями, причем надпоршневая полость сообщена через обводной канал с газовым баллоном и через дренажную трубку с атмосферой, обводной канал снабжен запорным вентилем, дистанционный указатель уровня газа снабжен датчиком, выполненным в виде электрически связанных между собой резисторов, диодов, магнитоуправляемых контактов, и приемником, снабженным оцифрованной шкалой, стрелкой с электромагнитным приводом и контрольной лампой резервного топлива. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что корпус и выходной штуцер с каналом вынесенной заправочной горловины сообщены между собой с образованием полости и размещенными в ней седлом и подпружиненным со стороны канала выходного штуцера запорным самоцентрирующим элементом с уплотнителем, а в поперечном сечении корпуса выходного штуцера выполнены соединительные каналы, сообщенные с полостью и каналом выходного штуцера. 3. Система по п.1, отличающаяся тем, что приемник указателя размещен в кабине водителя автотранспортного средства.