СИСТЕМА ПИТАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ СЖИЖЕННЫМ ПРИРОДНЫМ ГАЗОМ Российский патент 1997 года по МПК F02M21/02 F02B43/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к системе питания двигателя внутреннего сгорания,и может широко применяться на всех двигателях внутреннего сгорания.

Известны газобаллонные установки автомобилей семейства "ЗИЛ", содержащие газовые баллоны высокого давления, соединенные между собой трубками и снабженные наполнительной, расходной, магистральной и предохранительной арматурой, фильтром газа, подогревателем газа, редуктором высокого давления, карбюратором-смесителем [1]
Недостатком системы питания природным газом известных автомобилей является металлоемкий газовый баллон, работающий под высоким избыточным давлением, низкая надежность аппаратуры, некачественное дозирование топлива и смесеобразования.

Известно устройство для хранения и газификации криогенной жидкости, содержащее термостатированный сосуд с фланцем на горловине для крепления к нему герметичной газовой камеры с неразливающим жидкость поддоном внутри для трансформации криогенной жидкости в газ и полностью автономно работающего во всех режимах эксплуатации: заправка, транспортировка, хранения и выдача газа под определенным рабочим давлением и в необходимом объеме (заявка N 93043964, кл. F 01 C 9/02, 20.03.95 в БИ N 8, 1995 г.).

Недостатком данного устройства является непредназначенность его для работы в системе питания двигателя внутреннего сгорания.

Наиболее близкой к предлагаемой является система подачи сжиженного природного газа в двигатель внутреннего сгорания, содержащая изотермический криогенный баллон, подсоединенные к нему трубопроводы подачи жидкой и газовой фаз, в каждом из которых установлен электромагнитный клапан с цепью питания, с обводным трубопроводом и дополнительным клапаном, испаритель, подключенный к трубопроводам и связанный с ним подогреватель, сообщенный с газовым смесителем двигателя через двухступенчатый редуктор давления (авт. св. СССР N 111435, кл. F 02 M 21/02, 1986 г.).

Недостатком данной системы подачи сжиженного природного газа в двигатель внутреннего сгорания является сложность изготовления и обслуживания, некачественное, плохо управляемое дозирование и смесеприготовление на всех режимах работы двигателя, неудовлетворительное хранение и трансформация жидкости в газ
Техническая задача,решаемая предлагаемым изобретением, заключается в создании системы питания двигателя внутреннего сгорания сжиженным природным газом с улучшенными процессами хранения и трансформации жидкости в паз, при одновременном упрощении конструкции и улучшении дозирования и смесеприготовления.

Поставленная задача решается тем, что система питания двигателя внутреннего сгорания природным газом снабжена устройством для хранения и газификации криогенной жидкости, термостатированный сосуд у которого выполнен с горловиной, разъемно заглушенной крышкой и рассчитанной для работы под определенным рабочим давлением, и с термоизолирующей пробкой в горловине, и со змеевиком газосбросной трубки, охлаждающим эту пробку при газосбросах, и с концом змеевика, опущенным в термостатированном сосуде до уровня жидкости, который условно делит этот сосуд на газовую и жидкостную полости и при заправках не позволяет заправить его выше уровня, а при расходовании жидкости из сосуда,расширяясь, выдавливает ее из жидкостной полости на расход, с конденсатором, расположенным в данной части сосуда, контактирующим с донной частью стенки сосуда и снабженным сифонной трубкой с дросселем на конце, расположенном в конденсаторе, и фильтром на другом конце, и с дросселированием, пропускающим жидкость и ее пары туда и обратно, чем и производит регулирование трансформации жидкости и ее охлаждение при дросселировании, изготавливается сосуд и его детали из металла, например из латуни, методом штамповки и сварки, по технологии изготовления термостатированных сосудов. Герметичная газовая камера установлена отдельно от термостатированного сосуда и подогревается выхлопными газами от двигателя, через запорно-регулируемое устройство, например заслонка на стороне входа газа в подогреватель, и снабжена неразливающим жидкость секционным поддоном с вогнутыми во внутрь верхними краями секций цилиндров, установленными каскадиком, с уклоном к первой секции и соединенными между собой трубками, изготавливается методом штамповки и сварки из металла, с расчетом под рабочее давление, например шесть атмосфер. Предохранительный клапан и клапан регулируемого газосброса производят регулируемый газосброс в герметичную камеру и в окружающую среду, заправочный и газосборочный запорные устройства, например, вентили врезаны непосредственно в сосуд, а сифонная заборная трубка соединяет верхнюю часть конденсатора с донной частью первой секции поддона в герметичной газовой камере и свободно пропускает жидкости и ее пары туда и обратно и имеет фильтр на своем конце, расположенном в поддоне, и служат растяжкой, удерживающей внутренней сосуд устройства от вибрационных и динамических колебаний при эксплуатации, и с помощью конденсатора, контактирующего с донной частью стенки сосуда и нейтрализующего поступающее тепло через опорную прокладку, установленную между стенками термостатированного сосуда. Дозирующее устройство топлива выполнено на магистральном трубопроводе газа в виде газового редуктора-акселератора высокого давления с педалью управления им, и с эксцентриковым включателем редуктора-акселератора для работы двигателя на холостых оборотах, клапан холостого хода двигателя выполнен с регулируемым по сечению винтом каналом холостого хода, и с рабочей диафрагмой работы двигателя на режимах нагрузки. Во втором варианте изотермический криогенный баллон выполнен в виде взаимозаменяемого при заправках и при обслуживании устройства для хранения и газификации криогенной жидкости, которое устанавливается не менее чем одно устройство, каждое из которых работает полностью автономно и через запорную арматуру подсоединенного к магистральному трубопроводу двигателя. Смеситель выполнен в седле всасывающего клапана двигателя в виде кольцевой канавки с калиброванными отверстиями, которых не менее одного, рассчитанных для работы двигателя на природном газе и выходящими на поверхность фаски седла под прямым углом к ней, что улучшает смесеобразование, и по ее центру, чтобы фаска седла была износоустойчивей. Завихритель смеси выполнен в цилиндре двигателя в виде отбойной кольцевой канавки на всасывающем клапане, в виде отбойной кольцевой канавки на головке блока. В качестве смесителя так же используются существующие карбюратор-смеситель на газобаллонном автомобиле и газовый смеситель газодизельного автомобиля с параллельным управлением от педали управления редуктора-акселератора к дроссельной заслонке карбюратора-смесителя или топливного насоса высокого давления.

На фиг. 1. дана общая схема системы питания двигателя внутреннего сгорания сжиженным природным газом; на фиг. 2 то же,общая схема, вариант второй, при снабжении ее взаимозаменяемыми при заправке и при обслуживании устройствами для хранения и газификации криогенной жидкости; на фиг. 3 - схематический разрез термостатированного сосуда устройства для хранения и газификации криогенной жидкости с опорной прокладкой, конденсатором и дросселирующей сифонной трубкой конденсатора; на фиг. 4 схематичный разрез (продольный) клапана холостого хода двигателя.

Система питания двигателя внутреннего сгорания сжиженным природным газом содержит устройство для хранения и газификации криогенной жидкости, выполненное в виде термостатированного сосуда 2 с горловиной 3, разъемно заглушенной крышкой 4, и с термоизолирующей пробкой 5, например, из пенопласта в горловине, и со змеевиком 6 газосбросной трубки 7, охлаждающей эту пробку, и с концом трубки 8 змеевика, опущенным до уровня жидкости в сосуде, конденсатор 9, контактирующий с донной частью стенки сосуда и снабженный сифонной трубкой 10, с дросселем 11 в конденсаторе и фильтром 12 на другом конце, герметичная газовая камера 13 установлена отдельно от сосуда, имеет подогреватель 14 выхлопными газами, через запорно-регулирующее устройство 15 на стороне входа газов, и внутри снабжена неразливающим жидкость секционным поддоном 16, с вогнутыми во внутрь краями секций цилиндров, установленными с уклоном к первой секции и соединенными между собой трубками 17, предохранительный клапан 18 и клапан регулируемого газосброса 19 производят регулируемый газосброс из газовой полости сосуда в герметичную газовую камеру и в окружающую среду, сифонная заборная трубка 20 соединяет верхнюю часть конденсатора с донной частью первой секции поддона в герметичной газовой камере, имеет фильтр 21 на своем конце в поддоне, и туда и обратной пропускает жидкость и ее пары, и как растяжка удерживает внутренний сосуд 22 от колебаний при эксплуатации, и с помощью конденсатора, контактирующего с донной частью стенки сосуда нейтрализует поступающее тепло через опорную прокладку 23, установленную между стенками сосуда, дозирующее устройство топлива выполнено на магистральном трубопроводе 24 газа в виде газового редуктора-акселератора 25 высокого давления с педалью 26 управления им, и с эксцентриковым включателем 27 редуктора-акселератора для работы его на холостых оборотах двигателя, клапан холостого хода 28 двигателя с регулируемым по сечению каналом 29 холостого хода, диафрагмой 30 работы двигателя в режимах нагрузки, входное отверстие 31 топлива под диафрагму, выходное отверстие 32 топлива из-под диафрагмы, электромагнитный клапан 33, работающий как запорное устройство, смеситель 34, двигатель 35, магистральный фильтр 36, заправочный вентиль 37, газосборочный вентиль 38, магистральный вентиль 39, рамповый вентиль 40.

Система питания двигателя внутреннего сгорания сжиженным природным газом работает следующим образом. Для пуска двигателя 35, например, после длительной стоянки открывают магистральный вентиль 39 на газопроводе 24, включают эксцентриковый включатель 27 на редукторе-акселераторе 25, включают зажигание,открывается электромагнитный клапан 33, стартер провертывает вал двигателя 35, который начинает работать на холостых оборотах. После короткой остановки включают зажигание, электромагнитный клапан 33 открывается, стартер провертывает вал, двигатель 35 начинает работать на малых оборотах. Природный газ в газовой фазе из герметичной газовой камеры 13 начинает поступать в магистральный трубопровод 24, а в герметичной газовой камере 23 падает давление газа ниже рабочего, например ниже шести атмосфер, а в газовой полости термостатированного сосуда 2 давление газа остается прежним, и в результате под расширяющимся давлением газа в газовой полости сосуда 2 жидкость из донной части сосуда 2 через фильтр 12 сифонной трубки 10 и через дроссель 11 продросселирует в конденсатор 9, где жидкость частично испарится, охладив конденсатор 9, жидкость вокруг и опорную прокладку 23, и по сифонно-заборной трубке 20 поступает в виде жидкостно-газовой флегмы в донную часть не разливающего жидкость секционного поддона 16 в герметичной газовой камере 13, где, отнимая тепло от стенок подогревателя 14 (или у теплообменника 14 во втором варианте), и где подача греющего выхлопного газа от двигателя 35 на входе в подогреватель 14 регулируется шибером 15, жидкость трансформируется в газ и компенсирует расход газа из газовой камеры 13, если расход газа через запорное устройство 39 большой, например, когда двигатель 35 работает на полную мощность, то сжиженный природный газ по трубкам 17 перетекает из первой секции поддона в другие секции поддона, чем увеличится производительность трансформации жидкости в газ, а если расход газа через вентиль 39 падает, то сразу поднимется давление газа в газовой камере 13 выше, чем давление газа в газовом пространстве сосуда 2, то сразу жидкость и ее пары из секций поддона 13 по трубкам 17 стекает в первую секцию поддона 16 и откуда через фильтр 21, затем по сифонно-заборной трубке 20 выдавливается обратно в конденсатор 9, где пары конденсируются, а жидкость охлаждается и дросселированием через дроссель 11 подается на дно сосуда 2, где оставшиеся пары конденсируются, а жидкость в жидкостной полости сосуда 2 перемещается и снимаются температурные расслоения в ней, и продлится ее срок хранения в устройстве 1, чем и производится регулирование производительности в устройстве 1 и по объему выдаваемого газа и по его давлению. Если при работе устройства 1 давление в его газовом пространстве сосуда 2 поднимется до верхнего предельного давления, то газ через трубку змеевика 6 в горловине 3 устройства 1, охладив пробку 5, проходит к предохранительному клапану 18, но не выкидывается в атмосферу, а через клапан регулируемого газосброса 19 сбрасывается в герметичную газовую камеру 13, откуда описанным выше путем подается в конденсатор 9 и затем на дно жидкостного пространства сосуда 2, и при этом конденсатором 9 нейтрализуется поступающее через опорную прокладку 23 тепло, что продляет срок хранения криогенной жидкости в устройстве. Газ из устройства 1 через вентиль 39 проходит в магистральный трубопровод 24, затем очищается в фильтре 36 и поступает в редуктор-акселератор 25, где газ редуцируется для работы двигателя 35 на холостых оборотах под воздействием эксцентрика 27, и для работы двигателя 35 в режимах нагрузки под воздействием нажимаемой педали 26 из редуктора-акселератора 25 редуцированный газ поступает на клапан холостого хода 28, через регулируемый по сечению канал 29 которого газ проходит к смесителю 35 для работы его на холостых оборотах, и через входное отверстие 3, преодолевая сопротивление диафрагмы 30 (поднимая диафрагму 30), газ проходит диафрагму 30 и выходит в выходное отверстие 32 из-под диафрагмы 39 и идет на смеситель 34 для работы двигателя 35 в режимах нагрузки. Электромагнитный клапан 33 при включении зажигания открывается, а при выключении закрывается, открывая или закрывая путь топливу к смесителю 34. В смесителе 34 газ смешивается с воздухом и сгорает необходимое тепло для работы двигателя 35 на всех режимах, в зависимости от нажатия на педаль 26 редуктора-акселератора 25. Для заправки устройства для хранения и газификации криогенной жидкости сжиженным природным газом присоединяют заправочный шланг к заправочному вентилю 37, а шланг газосборочной линии заправочной станции к газосборочному вентилю 38 и подают сжиженный природный газ в сосуд 2 устройства, где жидкость, охлаждая сосуд, частично испаряется и через конец трубки уровня 8 змеевиком 6, охлаждая пробку 5 горловины 3, выкидывается в газосборочную линию заправочной станции, а часть испарившегося газа, охлаждая конденсатор 9, по заборно-сифонной трубке 20 поступает в герметичную газовую камеру 13 и поднимает там давление до уровня рабочего, в результате чего жидкость из сосуда 2 в газовую камеру 13 при заправке не поднимается, а набирается в сосуде 2 до уровня конца трубки 8, что контролируется, например, через специальное прозрачное окно на газосборочной линии заправочной станции. На малолитражных автомобилях, например, взаимозаменяемые при заправках и при обслуживании устройства для хранения и газификации криогенной жидкости, например общепринятого образца, заменяются при заправках и для их технического обслуживания закрывают рамповый вентиль 40, снимают пустое устройство, на его место ставят полное открывают вентиль 40. Для короткой остановки двигателя 35 выключают зажигание, электромагнитный клапан 33 закрывается, двигатель 35 останавливается, для длительной остановки двигателя 35 дополнительно выключают эксцентриковый выключатель 27 и закрывают магистральный вентиль 39, устройство 1 переходит в режим хранения сжиженного природного газа описанным выше образом.

Использование: системы питания двигателя внутреннего сгорания. Сущность изобретения: система питания двигателя внутреннего сгорания сжиженным природным газом содержит изотермический криогенный баллон, выполненный в виде устройства для хранения и газификации криогенной жидкости, термостатированный сосуд, у которого выполнен с горловиной разъемно заглушенной крышкой, с термоизолирующей пробкой в горловине, и со змеевиком газосбросной трубки, охлаждающим эту пробку при газосбросах. Конец змеевика опущен в термостатированный сосуд до уровня жидкости, который условно делит сосуд на газовую и жидкостную полости, и при заправках не позволяет заправить его выше уровня. Конденсатор в донной части сосуда контактирует с донной частью стенки сосуда и снабжен сифонной трубкой с дросселем на конце, расположенным в конденсаторе, и фильтром на другом конце. Герметичная газовая камера установлена отдельно от термостатированного сосуда и подогревается выхлопными газами от двигателя через запорно-регулирующее устройство, например кран, на стороне входа газов, и снабжена неразливающим жидкость секционным поддоном с вогнутыми во внутрь верхними краями секций-цилиндров с уклоном к первой секции и соединенными между собой трубками. Предохранительный клапан и клапан регулируемого газосброса производят регулируемый газосброс в герметичную газовую камеру и в окружающую среду, а сифонная заборная трубка соединяет верхнюю часть конденсатора с донной частью первой секции поддона в газовой камере и свободно пропускает жидкость и ее пары туда и обратно, и имеет фильтр на своем конце в поддоне, и служит растяжкой, удерживающей внутренний сосуд от виброколебаний при эксплуатации. Дозирующее устройство топлива выполнено на магистральном трубопроводе газа в виде газового редуктора-акселератора высокого давления с педалью управления им, и с эксцентриковым включателем редуктора-акселератора для холостого хода двигателя, клапан холостого хода двигателя выполнен с регулируемым по сечению винтом. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Система питания двигателя внутреннего сгорания сжиженным природным газом, содержащая изотермический криогенный баллон, заправочную, расходную, предохранительную арматуру, электромагнитный клапан, подогреватель, испаритель, фильтр газа, смеситель, редуктор газа, отличающаяся тем, что изотермический криогенный баллон выполнен в виде устройства для хранения и газификации криогенной жидкости, термостатированный сосуд у которого выполнен с горловиной, разъемно заглушенной крышкой, с термоизолирующей пробкой в горловине и со змеевиком газосбросной трубки, охлаждающим эту пробку при газосбросах, с концом змеевика, опущенным в термостатированном сосуде до уровня жидкости, который условно делит термостатированный сосуд на газовую и жидкостную полости и при заправках не позволяет заправить его выше уровня, с конденсатором, расположенным в донной части сосуда, контактирующим с донной частью стенки сосуда и снабженным сифонной трубкой с дросселем на конце, расположенном в конденсаторе, и фильтром на другом конце, и с дросселированием, пропускающим жидкость и ее пары туда и обратно, а герметичная газовая камера установлена отдельно от термостатированного сосуда и подогревается выхлопными газами от двигателя через запорно-регулируемое устройство на стороне входа газов и снабжена неразливающим жидкость секционным поддоном с вогнутыми во внутрь верхними краями секций-цилиндров, установленными каскадиком, с уклоном к первой секции и соединенными между собой трубками, предохранительный клапан и клапан регулируемого газосброса производят регулируемый газосброс в герметичную газовую камеру и в окружающую среду, а сифонная заборная трубка соединяет верхнюю часть конденсатора с донной частью первой секции поддона в герметичной газовой камере и свободно пропускает жидкость и ее пары туда и обратно, имеет фильтр на своем конце, расположенном в поддоне, и служит растяжкой, удерживающей внутренний сосуд устройства от вибрационных и динамических колебаний при эксплуатации, и с помощью конденсатора, контактирующего с донной частью стенки сосуда, нейтрализует поступающее тепло через опорную прокладку, установленную между стенками термостатированного сосуда, дозирующее устройство топлива выполнена на магистральном трубопроводе газа в виде газового редуктора-акселератора высокого давления с педалью управления им и с эксцентриковым включателем редуктора-акселератора для холостого хода двигателя, клапан холостого хода двигателя выполнен с регулируемым по сечению винтом каналом холостого хода и с рабочей диафрагмой работы двигателя на режимах нагрузки. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что изотермический криогенный баллон выполнен в виде взаимозаменяемого при заправках и при обслуживании устройства для хранения и газификации криогенной жидкости, которых устанавливается не менее чем одно устройство, каждое из которых работает полностью автономно и через запорную арматуру подсоединено к магистральному трубопроводу двигателя.