КОМБИНИРОВАННАЯ СИСТЕМА ПИТАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО АВТОМОБИЛЕЙ Российский патент 1998 года по МПК F02M21/02 F02D19/02 F02B43/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности двигателестроению, преимущественно к системам питания двигателей внутреннего сгорания бензоводородовоздушной смесью.

Известны системы питания двигателей внутреннего сгорания (ДВС), содержащие источники питания углеводородным и водородным топливом, карбюратор, включающий бензовоздушный и водородовоздушный смесители, которые подключены к впускному коллектору и имеют дозирующие элементы: воздушные, бензиновые, водородные жиклеры и дроссельные заслонки [1, 2].

Известна комбинированная система питания двигателя внутреннего сгорания, содержащая карбюратор-смеситель специальной конструкции, регулятор расхода водорода, редуктор давления, гидридный аккумулятор с накопительной емкостью электронный блок управления, общий и рабочий и электромагнитные клапаны, привод заслонки смесителя, датчики давления и положения дроссельной заслонки карбюратора, замок зажигания, регулируемый жиклер холостого хода, заправочный и запорный вентили. Водород из накопительной емкости через запорный вентиль подается к системе питания двигателя [3] - прототип.

Однако в известных комбинированных системах бензоводородовоздушного питания используются стационарно закрепленные источники водородного топлива, специальные карбюраторы, содержащие кроме бензовоздушных диффузоров, также водородовоздушные смесители. Таким образом, для перевода существующего автомобиля (или другого транспортного средства) на комбинированное питание кроме установки стационарного источника водородного топлива необходима замена бензовоздушного карбюратора, на карбюратор бензоводородовоздушный.

Задача изобретения состоит в возможности перевода транспортных средств с карбюраторным бензовоздушным питанием на комбинированное бензиноводородновоздушное питание путем присоединения сменного источника водородного топлива к системе подачи водорода без переделки или замены имеющихся карбюраторов. Технический результат изобретения аналогичен решаемой задаче.

Указанная задача достигается специальной конструкцией регулятора подачи водорода из сменного источника водородного топлива, минуя карбюратор через проставку непосредственно в коллектор двигателя по нескольким трубопроводам через электромагнитные клапаны, количество которых может быть различным в зависимости от конструкции карбюратора и требуемой степени экологического обеспечения на каждом режиме работы двигателя.

Сущность изобретения состоит в том, что в комбинированной системе питания двигателя внутреннего сгорания экологически чистых транспортных средств, преимущественно автомобилей, содержащей топливный бак углеводородного горючего, топливный карбюратор с проставкой, емкость с носителем водорода, размещенную в термостате и соединенную через редуктор и режиматор расхода водорода с карбюратором, электромагнитный клапан, а также последовательно соединенные аккумулятор, электронный блок управления и ключ зажигания, предлагается емкость с носителем водорода выполнять съемной и состоящей из по крайней мере двух цилиндрических баллонов, заполненных сплавом-накопителем водорода, соединенных между собой рампой. Режиматор расхода водорода содержит электромагнитные клапаны по крайней мере два дозатора водорода, клапан отсечки воздуха и соединен по меньшей мере двумя трубопроводами, проходящими через проставку, с коллектором ДВС, а электромагнитные клапаны режиматора расхода водорода электрически соединены с электронным блоком управления, при этом, по крайней мере один из дозаторов расхода водорода механически соединен с дроссельной заслонкой карбюратора.

Термостат снабжен расположенной внутри него трубчатой системой, выполненной из резиновых рукавов, в которых размещены баллоны со сплавом-накопителем водорода и соединен с охлаждающей системой двигателя.

На фиг. 1 показан общий вид системы питания ДВС; на фиг. 2 - конструкция термостата; на фиг. 3 -конструкция ввода водородных трубопроводов в коллектор.

Система питания углеводородным горючим содержит топливный бак 1, топливный насос 2 с трубопроводом 3 подачи горючего в карбюратор 4 с воздушным фильтром 5.

Основной частью системы питания водородом является сменная емкость для хранения водорода, которая представляет собой гребенку с цилиндрическими баллонами 6, соединенными между собой рампой 7, имеющей с одного конца предохранительный клапан 8, с другого конца - нипельное устройство 9. Через нипельное устройство 9 хранилище водорода (гребенка) соединяется с системой питания топливом ДВС. Цилиндрические баллоны 6 размещены в термостате 10. Конструкция термостата 10 изображена на фиг. 2 и представляет собой тонкостенный металлический бак 11, по центру которого в один ряд размещены, например, шесть цилиндрических резиновых гнезд 12, являющихся местом расположения баллонов 6, в рабочем состоянии системы. Термостат 10 может иметь другую форму и другое число гнезд, соответствующее конструкции кассеты. Термостат имеет два штуцера 13 и 14 для подачи и отвода жидкости, поддерживающей необходимую температуру для десорбции водорода.

Термостат включает в себя трубопровод 15 с обогревающей жидкостью, соединенный с ДВС. Система водородного питания ДВС включает также газовый двухступенчатый редуктор 16, электромагнитный клапан 17, который электрически соединен с системой экономайзера принудительного холостого хода (ЭПХХ). К системе ЭПХХ (фиг. 1) относится микроэлектровыключатель 18, электронный блок управления принудительного холостого хода 19, информация о частоте вращения вала двигателя на который подается с клеммы питания катушки зажигания 20.

Электрически электронный блок 19 соединен с аккумулятором 21 через замок зажигания 22. На фиг.1 показаны три игольчатых дозатора водорода 23, 24 и 25, причем дозатор 24 механически соединен с дроссельной заслонкой 26 карбюратора и микроэлектровыключателем 27 и 28. Кроме того, в системе питания водородом имеются электромагнитный клапан 29 регулятора режима средних нагрузок, электромагнитный клапан 30 водородного питания экономайзера мощностных режимов, а также обратный клапан 31 отсечки воздуха от водородной системы и емкость - накопитель водорода 32 в системе экономайзера мощностных режимов. Вся эта система представляет собой режиматор расхода водорода 33.

На фиг.3 в разрезе показаны проставка 34, два трубопровода 35 и 36, концы которых опущены на дно коллектора 37. Срезы концов труб сделаны под углом 45^o и расположены по центру входного отверстия карбюратора 4. Количество трубопроводов зависит от требований экологической чистоты выхлопных газов на каждом режиме работы ДВС, а также связано с количеством находящегося на борту водорода.

Система поддержания температуры в термостате состоит из вентиля 38, открытие которого осуществляется сильфонным регулятором 39 через водородный трубопровод 40 с маноментром 41. Термопара 42 позволяет определять температуру термостата на милливольтметре 43.

Комбинированная система питания горючим двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом.

При включении двигателя через замок зажигания 22 напряжение подается на электронный блок управления ЭПХХ 19, который открывает электромагнитный клапан 17 и водород через дозатор холостого хода 23 устремляется во входной коллектор 37 ДВС, через трубопровод 35 (фиг.3).

Таким образом, в начале включения стартера первые порции бензоводородовоздушной смеси попадают в ДВС, обогащенные водородом, делают легким запуск двигателя даже при температуре значительно ниже нуля.

На режимах холостого хода минимальную частоту вращения вала регулируют при открытом электроклапане 17. Так как водородовоздушная смесь является горючей в широком диапазоне концентраций, расход водорода можно отрегулировать близким к совершаемой работе для преодоления потерь на трение двигателя на холостом ходу. При этом, выхлопные газы будут содержать в десятки раз меньше вредных выбросов CO, NO и CH по сравнению с работой только на одной бензовоздушной смеси на этом режиме.

При начале работы главной дозирующей системы количество водорода при открытии дроссельной заслонки первой камеры не меняется. Количество водорода определяется дозатором 23. При открытии первой заслонки на 2\3 ее хода включается микровыключатель 27, который открывает электромагнитный клапан 29 в результате этого количество поступающего водорода увеличивается на величину, определяемую дозатором 24.

Этот дозатор варьирует пропускное сечение пропорционально степени открытия второй дроссельной заслонки 26.

В результате поступления водорода в задроссельное пространство происходит уменьшение разряжения в диффузорах, что сильнее снижает поступление бензина чем воздуха, за счет этого не происходит переобогащения бензоводородновоздушной смеси. В конечном итоге, в выхлопных газах понижается количество вредных выбросов (CO, NO и CH).

Добавка водорода через третий электромагнитный клапан 30, включение которого производится микровыключателем 28 связанным с рычагом пневмоэкономайзера мощностных режимов, происходит в момент перевода двигателя в форсированный режим работы.

Включение клапана 30 отрегулировано так, что экономайзер мощностных режимов вступает в работу несколько позже очередной добавки водорода в задроссельное пространство. Расход водорода в этом случае определяется дозатором 25. Открытие клапана 30 сопровождается дополнительным потоком водорода, не только из основной системы, но и из накопителя водорода 32, что в свою очередь снижает расход бензина, а поток воздуха при этом практически не уменьшается, следовательно коэффициент обогащения горючей смеси изменяется слабо.

Повышение содержания водорода приводит к более полному сгоранию углеводородной части горючего, что сопровождается значительным снижением в выхлопных газах ядовитых примесей CO, NO и CH.

Гребенка баллонов 6 вмещает около 20 кг сплава-накопителя водорода интерметаллида, например TiMn_1,5. Общий вес гребенки не более 25 кг. Она является сменной, заряд ее рассчитан на добавку определенной доли водорода к основному углеводородному топливу, находящемуся на борту транспортного средства. При применении гидрида TiMnH₂, из кассеты легко извлекается - 3ОО г водорода, что составляет 1% по массе к 30 кг бензина залитого в бак автомобиля. Гребенка баллонов 6 размещается в термостате 10, который обогревается жидкостью через трубопровод 15, соединенный с охлаждающей системой ДВС. Тепловой контакт баллонов осуществляется через стенку резиновых рукавов 12, которые отделяют наружную поверхность баллонов от обогреваемой жидкости термостата. Температура термостата регулируется количеством жидкости, протекающей через термостат, которое определяется степенью открытия вентиля 38, сильфонным регулятором 39, давление в который поступает по трубе 40. На щите управления установлены манометр 41, который показывает количество водорода в системе в соответствии с указанной температурой прибором 43 в гидридном блоке определяемой термопарой 42. Зарядка баллонов водородом осуществляется в стационарных условиях на заводе. Количество гребенок на транспортном средстве (автомобиле) устанавливается в соответствии с требованием по экологии и возможностью размещения термостатов на данной конструкции автомобиля.

Система питания двигателей внутреннего сгорания предназначена для питания двигателей бензоводородовоздушной смесью. Система питания содержит топливный бак углеводородного топлива, топливный карбюратор с проставкой, емкость с носителем водорода, размещенную в термостате и соединенную через редуктор и регулятор расхода водорода с карбюратором, электромагнитный клапан, последовательно соединенные аккумулятор, электронный блок управления и ключ зажигания. Емкость с носителем водорода выполнена съемной и состоит из по крайней мере двух цилиндрических баллонов, заполненных сплавом-накопителем водорода, соединенных между собой рампой. Режиматор расхода водорода содержит электромагнитные клапаны по крайней мере два дозатора водорода, клапан отсечки воздуха, и соединен по меньшей мере двумя трубопроводами, проходящими через проставку с коллектором двигателя. Электромагнитные клапаны расхода водорода электрически соединены с электронным блоком управления. По крайней мере один из дозаторов расхода водорода механически соединен с дроссельной заслонкой карбюратора. Термостат снабжен расположенной внутри него трубчатой системой, выполненной из резиновых рукавов, в которых размещены баллоны со сплавом-накопителем водорода и соединен с охлаждающей системой двигателя. Технический результат заключается в возможности перевода транспортных средств с карбюраторным бензовоздушным питанием на комбинированое бензиноводородовоздушное питание путем присоединения сменного источника водородного топлива. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Комбинированная система питания двигателя внутреннего сгорания экологически чистых транспортных средств, преимущественно автомобилей, содержащая топливный бак углеводородного горючего, топливный карбюратор с проставкой, емкость с носителем водорода, размещенную в термостате и соединенную через редуктор и регулятор расхода водорода с карбюратором, электромагнитный клапан, а также последовательно соединенные аккумулятор, электронный блок управления и ключ зажигания, отличающаяся тем, что емкость с носителем водорода выполнена съемной и состоит из по крайней мере двух цилиндрических баллонов, заполненных сплавом-накопителем водорода, соединенных между собой рампой, регулятор-режиматор расхода водорода содержит электромагнитные клапаны, имеет по крайней мере два дозатора водорода, клапан отсечки воздуха и соединен по меньшей мере двумя трубопроводами, проходящими через проставку, с коллектором двигателя внутреннего сгорания, а электромагнитные клапаны режиматора расхода водорода электрически соединены с электронным блоком управления, при этом по крайней мере один из дозаторов расхода водорода механически соединен с дросселью заслонкой карбюратора. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что термостат снабжен расположенной внутри него трубчатой системой, выполненной из резиновых рукавов, в которых размещены баллоны со сплавом-накопителем водорода, и соединен с охлаждающей системой двигателя.