СИСТЕМА ПИТАНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ КОНСТРУКЦИИ ЧУМАКОВА Российский патент 1997 года по МПК F02M13/06 F02M21/02 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания.

Известна двухтопливная система питания карбюраторного двигателя внутреннего сгорания, содержащая топливный бак и газовые баллоны, сообщенные при помощи трубопровода с многоступенчатым газовым редуктором с экономайзерной системой, снабженной дополнительным топливным жиклером и электромагнитным клапаном с золотником, карбюратор-смеситель с главной дозирующей системой, снабженной дополнительно топливным жиклером и электромагнитным клапаном с запорным элементом.

Основным недостатком известной системы питания является применение сложного в изготовлении и регулировке редуктора, что приводит к ограниченному ресурсу его работы.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является система питания двигателя внутреннего сгорания Карпенко [1] содержащая контур подачи жидкого топлива, контур подачи газового топлива, снабженный дополнительным газопроводом подачи газового топлива в задроссельное пространство.

Основным недостатком системы питания конструкции Карпенко является незначительная экономия жидкого топлива вследствие того, что проходное сечение главного воздушного жиклера увеличено на 8-12% а проходное сечение главного топливного жиклера уменьшено на ту же величину. В результате газовое топливо, добавляясь к большому количеству обедненной бензо-воздушной смеси, используется лишь в небольших количествах. Увеличение давления газа выше 0,002-0,003 МПа вызывает переобогащение горючей смеси. Кроме того, отсутствие в системе Карпенко испарителя приводит при увеличении давления к замерзанию газопровода. Незначительное замещение жидкого топлива газовым не позволяет также существенно снизить токсичность выхлопных газов.

Целью предлагаемого изобретения является значительное снижение расхода жидкого топлива и токсичности отработанных газов.

Поставленная цель достигается тем, что в двухтопливной системе питания двигателя внутреннего сгорания конструкции Чумакова основной контур подачи газового топлива содержит стационарный, горизонтально расположенный газовый баллон с заправочным устройством, сообщенный со всасывающим коллектором через газовый фильтр, испаритель, газовый редуктор с регулировочным винтом, запорный электромагнитный клапан со схемой управления и электромагнитный клапан режима максимальных нагрузок, один из дополнительных газопроводов содержит электромагнитный клапан переходного режима и режима средних нагрузок и тройник с жиклером, второй дополнительный газопровод содержит штуцер-заглушку с жиклером. Система конструкции Чумакова отличается также тем, что площади поперечного сечения главных топливных жиклеров карбюратора уменьшены в 2,5-3,5 раза, площади поперечного сечения главных воздушных жиклеров уменьшены в 4,0-6,0 раз, газовый баллон имеет два запорных вентиля для паровой и жидкой фаз, расположенных вблизи верхней и нижней образующих цилиндрической поверхности, газовый фильтр выполнен многоступенчатым и расположен перед испарителем, испаритель расположен перед редуктором и имеет поверхность обогрева топлива (7,0±1,0)•10^-3 м², редуктор выполнен одноступенчатым с мембраной из маслобензостойкой резины толщиной (2 4) мм.

Функциональная схема системы конструкции Чумакова приведена на фиг. 1.

Условные обозначения к фиг. 1:
ГБ газовый баллон с заправочным устройством,
ГФ газовый фильтр,
И испаритель,
ГР газовый редуктор с регулировочным винтом,
ЗЭК запорный электромагнитный клапан,
ЭКРН электромагнитный клапан режима нагрузок,
ЭКПР электромагнитный клапан переходного режима,
ТЖ тройник с жиклером,
ШЗ штуцер-заглушка,
ББ бензобак,
К карбюратор,
ПК поплавковая камера,
КХХ канал холостого хода,
ГТС главная топливная система,
ДЗ дроссельная заслонка,
ВК всасывающий коллектор.

Выполнение запорной арматуры газового баллона таким образом, что запорные вентили разнесены к верхней и нижней образующим цилиндрической поверхности, позволяет использовать обе фазы газового топлива жидкую и паровую, причем при использовании паровой фазы имеется возможность использовать газовый баллон в качестве холодильника.

При работе на жидкой фазе подача газового топлива вплоть до его полного использования осуществляется практически при постоянном давлении, а качество топлива не меняется. Снабжение контура подачи газового топлива многоступенчатым фильтром позволяет осуществить грубую и тонкую очистку газа от примесей, что гарантирует нормальную работу редуктора и устраняет операцию слива конденсата, обеспечивая при этом 100%-ое использование газового топлива. Скопление различных примесей в фильтре в виде сухого порошка (перед испарителем) предотвращает отложение в системе загрязнений, представляющих собой вязкие смолистые фракции, образовавшиеся при повышенной температуре газового топлива. Очистка фильтра и восстановление его работоспособности происходит автоматически при открытии запорного элемента заправочного устройства (при отключенном газовом баллоне), когда накопившееся порошкообразное загрязнение выносится наружу под давлением.

Выбор площади поверхности обогрева жидкой фазы газового топлива в испарителе произведен с учетом возможности получения такого состояния топлива, при котором обеспечивается оптимальный состав горючей смеси.

Применение одноступенчатого редуктора с регулировочным винтом позволяет выявить наиболее благоприятные условия работы двигателя при различных режимах (динамические характеристики, устойчивость работы, отсутствие провалов и т.п.), что контролируется по показаниям манометра. Использование в редукторе маслобензостойкой резины выбранной толщины обеспечивает повышенную эксплуатационную надежность мембраны. Отличительными особенностями редуктора являются простота его конструкции, низкая стоимость, невысокие требования к аттестации, долговечность.

Применение электромагнитных клапанов позволяет топливной системе работать в автоматическом режиме, исключая утечку газа и обеспечивая условия эффективной и безопасной эксплуатации двигателя на всех режимах.

Новая совокупность технических решений в предлагаемой системе позволяет резко уменьшить диаметры главных топливных и главных воздушных жиклеров, чем и обеспечивается значительное снижение расхода жидкого топлива и токсичности выхлопных газов в режиме нагрузок.

Использование тройника с жиклером обеспечивает отсутствие провалов в работе двигателя в переходном режиме и режиме малых нагрузок.

Применение штуцера-заглушки с жиклером позволяет перекрыть подачу жидкого топлива в систему холостого хода с одновременной подачей в эту систему газового топлива.

На фиг. 2 представлена принципиальная схема двухтопливной системы питания карбюраторных двигателей конструкции Чумакова; на фиг. 3 многоступенчатый фильтр; на фиг. 4 испаритель.

Двухтопливная система питания двигателя внутреннего сгорания содержит контур подачи жидкого топлива, включающий бензобак 1, бензопровод 2, поплавковую камеру 3 в карбюраторе 4, содержащем воздушную заслонку 5, дроссельную заслонку 6, главный топливный жиклер 7, главный воздушный жиклер 8, распылитель 9, канал системы холостого хода 10, задроссельное пространство всасывающего коллектора 11, и контур подачи газового топлива, который содержит стационарный, горизонтально расположенный газовый баллон 12, оснащенный запорной и контрольной арматурой, представляющей собой запорные вентили 13 - для жидкой фазы и 14 для паровой фазы, манометром 15, и заправочное устройство 16.

Газовый баллон 12 сообщен со всасывающим коллектором 11 посредством основного газопровода 17 и двух дополнительных газопроводов: 18 системы холостого хода и 19 переходного режима и малых нагрузок.

Основной газопровод 17 содержит последовательно расположенные по ходу газопровода многоступенчатый фильтр 20 (фиг. 3), испаритель 21 (фиг. 4), соединенный трубопроводом 22 с системой охлаждения двигателя 23, одноступенчатый редуктор 24, оснащенный манометром 25, запорный электромагнитный клапан 26, электрически связанный с генератором посредством реле генератора 27 и управляющего реле 28 с контрольной лампочкой 29.

Далее основной газопровод 17 содержит электромагнитный клапан режима нагрузок 30, управляемый контактом-прерывателем 31. Тройник 32 с жиклером 33 дополнительного газопровода 19 вмонтирован во всасывающий коллектор 11 на место сливной трубки. Газопровод 19 содержит электромагнитный клапан 34, управляемый контактом-прерывателем 35.

Дополнительный газопровод 18 содержит штуцер-заглушку 36 с жиклером 37 для подачи газового топлива.

Система питания двигателя конструкции Чумакова работает следующим образом.

Пуск и прогрев двигателя
При открытом запорном вентиле 13 жидкая фаза газового топлива под давление 1,2-1,6 МПа по газопроводу 17 через многоступенчатый фильтр 20 и испаритель 21 подается в редуктор 24 с регулировочным винтом 38, при помощи которого устанавливается рабочее давление запуска, равное 0,02-0,04 МПа.

Включается зажигание, приоткрывается дроссельная заслонка 6, включается стартер, запускается двигатель 23. Когда двигатель 23 запущен, генератор вырабатывает напряжение, которое подается на контакты реле генератора 27 и управляющее реле 28. При этом включается запорный электромагнитный клапан 26. При открытом электромагнитном клапане 26 газ поступает в два дополнительных газопровода 18 и 19. По газопроводу 18 газ поступает через штуцер-заглушку 36 и жиклер 37 по каналу системы холостого хода 10 в задроссельное пространство всасывающего коллектора 11. При открытой дроссельной заслонке 6 срабатывает контакт-прерыватель 35, открывая электромагнитный клапан 34, и газ по газопроводу 19 через жиклер 33 тройника 32 поступает в задроссельное пространство всасывающего коллектора 11.

Система питания Чумакова позволяет прогревать двигатель при открытой воздушной заслонке 5 даже при минусовых температурах.

При прогретом до рабочей температуры двигателе 23 нагретая жидкость системы охлаждения по каналу 22 поступает в испаритель 21, переводя жидкую фазу газового топлива в новое консистентное состояние. Регулировочным винтом 38 редуктора 24 устанавливается рабочее давление, равное 0,08 0,1 МПа.

Работа под нагрузкой
За счет резкого уменьшения площади поперечного сечения главных воздушных жиклеров (в 4,0 6,0 раз) и значительного уменьшения площади поперечного сечения главных топливных жиклеров (в 2,5-3,5 раза) обеих камер достигается обогащение бензо-воздушной смеси.

При открытой дроссельной заслонке 6 увеличиваются обороты двигателя 23, растет разрежение в задроссельном пространстве всасывающего коллектора 11, из распылителя 9 в задроссельное пространство поступает уменьшенное в несколько раз количество обогащенной бензо-воздушной смеси.

Одновременно жидкая фаза газового топлива, прогретая в испарителе до парообразного состояния, под давлением 0,08-0,1 МПа поступает по дополнительным газопроводам 18 и 19 в задроссельное пространство всасывающего коллектора, где перемешивается с бензо-воздушной смесью, образуя при этом оптимальную двухтопливную горючую смесь, благодаря чему обеспечивается работа двигателя на всех переходных режимах без провалов.

При дальнейшем открытии дроссельной заслонки (свыше 30^o) срабатывает контакт-прерыватель 31, открывая электромагнитный клапан 30, и газовое топливо через тройник 32 под давлением 0,08-0,1 МПа поступает в задроссельное пространство, дополнительно обогащая горючую смесь.

При открытии дроссельной заслонки свыше 48^o вступает в работу вторичная камера (на фиг. 2 не показана) карбюратора 4, что обеспечивает работу двигателя при максимальных нагрузках.

При отсутствии газового топлива двигатель работает на жидком топливе при прикрытой воздушной заслонке 5.

Работа в режиме холостого хода.

При работе двигателя в режиме холостого хода дроссельная заслонка 6 полностью закрыта. Газ поступает по дополнительному газопроводу 18 через штуцер-заглушку 36 с жиклером 37. Далее газ, смешиваясь с воздухом, по каналу холостого хода 10 поступает в задроссельное пространство всасывающего коллектора 11, обеспечивает устойчивую работу двигателя. При этом токсичность отработанных газов значительно снижена.

Предлагаемая система питания представляет собой несложную в изготовлении, надежную и дешевую конструкцию. Заправочное устройство в этой системе выполнено таким образом, что позволяет производить заправку как на газозаправочных станциях, так и из обычных газовых баллонов. Данная система применима в двигателях любой конструкции, работающих на жидком топливе с использованием как сжиженных, так и сжатых газов. Одним из основных преимуществ системы является возможность получения высокооктановой горючей смеси при использовании низкооктанового жидкого топлива, поскольку газовое топливо имеет высокое октановое число.

Рассмотренный пример системы Чумакова относится к моделям типа "ВАЗ" и "АЗЛК". Такая система, в частности, реализована на модели ВАЗ 2106 и эксплуатируется на бензине А76. Пробег на одной заправке (39 л бензина А76 и 40 л газа пропан-бутан) составляет в режиме городского цикла (800-850) км, по шоссе (950-1000) км. Время разгона с места до скорости 100 км/час с нагрузкой 250 кг (водитель и 2 пассажира) составляет 14-15 с.

Использование высокооктановой горючей смеси (газ + А76) в системе Чумакова позволяет также увеличить степень сжатия у двигателей грузовых автомобилей (с 7 до 9). Этот фактор резко улучшает экологическую ситуацию - обеспечивает защиту воздушного бассейна городов и других населенных пунктов.

Использование: двигателестроение, в частности двухтопливные системы питания двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: наряду с контуром подачи жидкого топлива, двухтопливная система включает основной контур подачи газового топлива, который содержит газовый баллон с заправочным устройством, многоступенчатый газовый фильтр, испаритель специальной конструкции, одноступенчатый редуктор с регулировочным винтом и мембраной из маслобензостойкой резины определенной толщины, запорный электромагнитный клапан со схемой управления. В систему введены два дополнительных газопровода: газопровод переходного режима и малых нагрузок и газопровод системы холостого хода. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Система питания двигателей внутреннего сгорания, содержащая контур подачи жидкого топлива, основной контур подачи газового топлива, главный топливный жиклер и главный воздушный жиклер, отличающаяся тем, что основной контур подачи газового топлива включает стационарный горизонтально расположенный газовый баллон с заправочным устройством, одноступенчатый газовый редуктор с регулировочным винтом, испаритель, расположенный перед редуктором, многоступенчатый газовый фильтр, расположенный перед испарителем, запорный электромагнитный клапан со схемой управления и электромагнитный клапан режима максимальных нагрузок, один из дополнительных газопроводов содержит электромагнитный клапан переходного режима и режима средних нагрузок, тройник с жиклером, второй дополнительный газопровод содержит штуцер-заглушку с жиклером. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что газовый баллон имеет два запорных вентиля для газовой и жидкой фаз, расположенных вблизи верхней и нижней образующих цилиндрической поверхности. 3. Система по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что площадь поверхности обогрева жидкой фазы газового топлива в испарителе составляет (40 ± 1,0) • 10^- 3 м². 4. Система по пп.1 3, отличающаяся тем, что мембрана редуктора выполнена из маслобензостойкой резины толщиной 2 4 мм.