СИСТЕМА ПИТАНИЯ КАРБЮРАТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 1999 года по МПК F02M25/22 

Изобретение относится к области автомобилестроения и автомобильного транспорта, в частности, к конструкциям систем питания карбюраторных двигателей внутреннего сгорания.

Известна система питания автомобиля (см. К.С. Шестопалов, Легковой автомобиль. - М.: ДОСААФ СССР, 1990, с. 54-82; С.Ф. Демиховский, В.А. Мелкий, К.С. Шестопалов. Устройство и эксплуатация автомобилей "Жигули" и "Москвич". - М.: ДОСААФ СССР, 1986, с. 46 - 68), предназначенная для хранения, перекачки, очистки жидкого топлива, в частности, бензина, его карбюрации и подачи в камеру сгорания двигателя. Указанная система включает в себя топливный бак, топливный насос, карбюратор, воздушный фильтр, впускной и выпускной трубопроводы, топливопроводы и указатель уровня топлива в топливном баке.

Анализируемая система имеет ряд существенных недостатков. Во-первых, данная система является экологически опасной, поскольку в процессе ее эксплуатации происходит интенсивное газовое и тепловое загрязнение окружающей среды выхлопными газами высокой температуры, содержащими более 200 наименований ядовитых и высокотоксичных химических соединений и веществ (см. ГОСТ 17.2.2.03. -87), кроме того, на сжигание топлива требуется большое количество кислорода, забираемого из атмосферного воздуха. Во-вторых, конструкция данной системы исключает возможность использования обводненного топлива, т.к. попадание даже небольшого количества воды в бензин, например, в результате отпотевания стенок топливного бака и т.п. приводит к остановке двигателя по причине отказа и выхода из строя системы питания. В-третьих, повседневное использование рассматриваемой системы по прямому назначению в значительной степени зависит от физико-химического состава подаваемого на сжигание бензина и в случае его изменения (ухудшения) нарушается процесс горения топлива, что приводит к химическому и механическому недожогу, в результате которого происходит наиболее интенсивное газовое и тепловое загрязнение атмосферы, повышение коксо-золоотложений на внутренних поверхностях элементов выпускного газового тракта, а также потеря топливной экономичности и перерасход ценного нефтепродукта. В-четвертых, конструкция описываемой системы не решает задачу по термической утилизации нефтеостатков, огневому обезвреживанию загрязненных бензином вод, возникающих в процессе повседневного обслуживания автомобиля, а также не обеспечивает возможность облагораживания (улучшения физико-химических свойств) подаваемого на горение в двигатель бензина. Последнее вызвано тем, что в составе системы отсутствуют элементы, реализующие указанные процессы для автомобильного карбюраторного двигателя.

Также известна "Система питания" (см. реферативные журналы: Автомобильный и городской транспорт. - М.: РАН, Мин. науки и технической политики РФ, ВИНИТИ. Серия 02, сводный том, 1994, N 6-6В64, N 11-11B45, 11B49, 11B53; Экономия топлива и электрической энергии. - М.: РАН, Мин. науки и техн. пол. РФ, ВИНИТИ. Серия 91, отд. вып., 1994, N 9-9.91.23 и др.), предназначенная для хранения и подачи в двигатель природного газа, в частности метана. Данная система состоит из топливного бака, газопровода, впускного и выпускного трубопроводов. Следует отметить, что автомобильный двигатель, снабженный описываемой системой питания, соответственно не является карбюраторным, поскольку в ее составе карбюратор отсутствует за ненадобностью.

Анализируемая система питания автомобильного двигателя, конструктивно обеспечивая экологическую защищенность автомобиля и, тем самым, повышая экологическую безопасность при его повседневном использовании, имеет ряд принципиальных недостатков, ограничивающих широкое применение системы питания данной конструкции. Во-первых, конструктивно система выполнена таким образом, что ее использование снижает концентрацию экологически опасных веществ в уходящих в атмосферу газообразных продуктов сгорания, не уменьшая при этом теплового загрязнения окружающей среды и не снижая количество атмосферного воздуха, необходимого для организации процесса горения топлива в двигателе. Во-вторых, топливный бак выполнен в виде одного или нескольких толстостенных баллонов, поскольку газ хранится в автомобиле в сжиженном состоянии при высоком (200 кгс/см²) давлении, в связи с чем система оборудована металлическими газопроводами с утолщенными стенками и специальными уплотнительными деталями в разъемных и соединительных узлах. В-третьих, поскольку калорийность (теплотворная способность) газа ниже, чем у бензина, то для обеспечения заданного пробега автомобиля без заправки газа требуется больше, что, в свою очередь заставляет устанавливать топливные баки (баллоны) большего объема. В противном случае пробег автомобиля при одной заправке уменьшается. Указанные недостатки повышают металлоемкость системы питания, увеличивают мертвый вес автомобиля, усложняют использование и повседневное обслуживание, что, несомненно, приводит к повышению материальных затрат, связанных со сборкой и эксплуатацией автомобиля. В-четвертых, использование природного газа повышает взрывопожароопасность автомобиля, требует дополнительного внимания и осторожности со стороны обслуживающего персонала, что снижает безопасность использования всего автомобиля. И наконец, в-пятых, использование природного газа требует переделки двигателя, а именно установки специальной системы зажигания и регулирования. Это вызвано тем, что природный газ воспламеняется труднее, чем бензин (см. патент США N 4909209, 1990).

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой системе является "Система питания" (см. Б. Петров. Способы повышения топливной экономичности карбюраторных двигателей. - / Журнал "Автомобильный транспорт. - 1993. N 6, с. 29-32), предназначенная для хранения, перекачки, очистки бензина, его карбюризации, гомогенизации и подачи в двигатель на сжигание. Анализируемая система питания состоит из топливного бака, топливного насоса, карбюратора, гомогенизатора, воздушного фильтра, впускного и выпускного трубопроводов, топливопроводов и указателя уровня топлива в баке. Обеспечивая работу карбюраторного двигателя внутреннего сгорания на гомогенный (однородной) топливо-воздушной смеси и, тем самым, несколько повышая его экономичность и экологическую безопасность, данная система имеет ряд существенных недостатков. Во-первых, конструкция системы не позволяет использовать обводненное топливо. Во-вторых, использование системы исключает термическую утилизацию нефтеостатков и огневое обезвреживание загрязненной бензином воды в составе подаваемого в камеры сгорания двигателя топлива. В-третьих, гомогенизатор, установленный во впускном трубопроводе двигателя, имеет сложную конструкцию, невысокий КПД и требует особенно повышенного контроля со стороны обслуживающего машину персонала. Кроме того, двухроторные, лопастные и спиральные гомогенизаторы, применяемые в настоящее время на различных автомобилях имеют принципиальные недостатки, ограничивающие их повсеместное внедрение (см. Зубрилов С.П., Селиверство В.М., Браславский М.И. Ультразвуковая кавитационная обработка топлива на судах. - Л.: Судостроение, 1988, с. 24-38; Дубровин Е. Р. , Дубровин И. Р. Водотопливная эмульсия. - /Журнал "Морской сборник. 1987, N 3, с. 67-71). В-четвертых, наличие гомогенизатора во впускном трубопроводе карбюраторного двигателя снижает надежность его функционирования, поскольку отказ гомогенизатора может привести к отказу двигателя и остановке автомобиля.

Целью настоящего изобретения является повышение экологической чистоты и топливной экономичности карбюраторного двигателя внутреннего сгорания в процессе его использования по прямому назначению на основе расширения его функциональных возможностей путем добавки к сжигаемому бензину чистой или загрязненной топливом пресной воды, приготовления водотопливной эмульсии и ее дальнейшего сжигания в двигателе, а также облагораживания (гомогенизации) жидкого топлива, подаваемого в карбюраторе и далее в двигатель.

Указанная цель достигается тем, что в состав системы питания карбюраторного двигателя внутреннего сгорания, включающей топливный бак, топливный насос, карбюратор, воздушный фильтр, впускной и выпускной трубопроводы, топливопроводы, указатель уровня топлива в топливном баке вводится диспергирующее устройство струйно-кавитационного типа (эжектор), имеющее центральное сопло, соединенное с напорным топливопроводом топливного насоса; выходной патрубок диспергатора (эжектора) сообщается трубопроводом с входным патрубком карбюратора, а всасывающая линия эжектора соединяется с водяным бачком при помощи трубопровода, оборудованного запорным устройством. Кроме того, предлагаемая система снабжена предохранительно-перепускным клапаном, внутренний объем которого разделен при помощи подвижного подпружиненного поршня на две полости, одна из которых соединяется трубопроводом с напорным топливопроводом топливного насоса, а другая сообщена с входным патрубком карбюратора.

В совокупности все указанные элементы образуют систему питания автомобильного карбюраторного двигателя, которая позволяет в процессе использования сжигать в камерах сгорания двигателя бензин, а также водотопливную эмульсию, компонентами которой являются бензин, чистая пресная или загрязненная вода, причем бензин подаваемый в карбюратор проходит струйно-кавитационную обработку в диспергаторе (эжекторе), т.к. при отсутствии всасывания воды он работает в режиме гомогенизатора.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фигуре 1 изображен общий вид описываемой системы.

Система питания карбюраторного двигателя включает топливный бак (1), топливный насос (2) со всасывающим (3) и напорным (4) топливопроводами, диспергирующее устройство струйно-кавитационного типа (эжектор) (5), всасывающий трубопровод (6) диспергатора (эжектора) (5) с запорным органом (8), водяной бачок (9), напорный трубопровод (7) эжектора (5), предохранительно-перепускной клапан (10), карбюратор (11), воздушный фильтр (12), двигатель (13) с впускным (14) и выпускным (15) трубопроводами, указатель уровня топлива (16) в топливном баке (1). Следует отметить, что всасывающий трубопровод (6) диспергатора (5) изготавливается из прозрачного, эластичного материала, например, полихлорвинила, а запорный орган (8) выводится в салон автомобиля для удобства его открытия или закрытия при движении автомобиля.

Система работает следующим образом. Двигатель (13) вводится в действие на штатном топливе (бензине), указанном в его формуляре. В этом случае из топливного бака (1) по трубопроводу (3) бензин забирается топливным насосом (2) и по напорному трубопроводу (4) подается на сопло струйно-кавитационного диспергатора (5). Выходя из сопла с большой (более 30 м/с) скоростью бензин попадает в рабочую камеру диспергатора (эжектора) (5), где поддерживается вакуум. В этих условиях происходит разрыв углеводородов, так называемый "микрокрекинг", что, в конечном итоге, приводит к гомогенизации (см. Патент РФ N 1766949, 1992 г.) топлива, подаваемого в карбюратор. Если в топливе будет вода, попавшая, например, по причине отпотевания внутренних стенок топливного бака (1), то проходя через сопло диспергирующего устройства (5) она (вода) диспергируется (рассеивается, распыляется, разлагается - терминологию см. Большая Советская энциклопедия. 3-е издание. - М.: 1972, т. 7, с. 305, столбец 901) и в виде мелкодисперсных водяных глобул (капель) равномерно распределяется по всему объему ему прокачиваемого через диспергатор (5) топлива. Запорный клапан (8) на всасывающем трубопроводе (6) диспергатора (5) в этом случае закрыт. Облагороженное (гомогенизированное) топливо поступает через трубопровод (7) в карбюратор (11) и далее в камеру сгорания двигателя (13). При желании перевести работу двигателя (13) на сжигание водотопливной эмульсии или при необходимости термической утилизации нефтеостатков и огневого обезвреживания загрязненной бензином воды открывается запорный клапан (8) всасывающего трубопровода (6) диспергатора (5). При этом в смесительной камере эжектора (5) создается разряжение достаточное для всасывания чистой или загрязненной нефтеостатками воды, из водяного бачка (9). В диспергаторе (эжекторе) (5) происходит струйно-кавитационное смешение рабочего топлива (бензина) и всасывающей жидкости (см. А.с. РФ N 1820149, 1994 г. ) в результате чего на выходе из диспергатора (5) получается высококачественная водотопливная эмульсия с водяными глобулами с размерами не более 3-5 мкм. Эмульгированное водой топливо по трубопроводу (7) поступает в поплавковую камеру карбюратора (11) и далее в камеру горения двигателя (13) на сжигание. При необходимости перевести работу двигателя (13) на штатное топливо, а также после утилизации нефтеостатков или огневого обезвреживания загрязненной бензином воды запорный клапан (8) на всасывающем трубопроводе (6) эжектора (5) закрывается, а на горение в двигатель (13) вновь поступает прошедший струной-кавитационную обработку бензин.

В случае повышения давления топлива в напорном топливопроводе (4), например, по причине засорения сопла диспергатора (5) или применения бензина ухудшенного качества начинает работать предохранительно-перепускной клапан (10). Внутренний объем клапана (10) разделен поршнем на две изолированные полости. Одна полость (над поршнем) соединяется с напорным топливопрводом (4) топливного насоса (2), а другая (под поршнем) - с трубопроводом (7), соединяющим диспергатор (5) с поплавковой камерой карбюратора (11). Устройство предохранительно-перепускного клапана (10) представлено на фиг. 2. Клапан состоит из корпуса (1) с крышкой (2), поршня (3), пружины (4), регулировочного винта (5) и уплотнительных колец (6). Поршень (3) клапана разделяет его объем на две внутренние полости "А" и "Б". Клапан работает следующим образом. При повышении давления топлива в напорном топливопроводе (4) системы питания увеличивается давление топлива и в полости "А" клапана. Поршень (3) под действием силы перемещается, при этом пружина (4), отрегулированная на определенное давление при помощи регулировочного винта (5), сжимается и входное отверстие клапана через полость "А" сообщается с выходным отверстием, что обеспечивает беспрепятственное поступление топлива в поплавковую камеру карбюратора. При нормализации работы диспергатора, например, в случаях самоочистки сопла или перехода на сжигание очищенного топлива, поршень (3) клапана возвращается в свое начальное положение под действием пружины (4) и разобщает входной патрубок клапана с выходным. Работа предлагаемой системы питания контролируется при помощи штатных контрольно-измерительных приборов.

Техническая эффективность заявляемого изобретения состоит в том, что его использование позволит не только повысить топливную экономичность карбюраторных двигателей, расширить диапазон топлив, сжигаемых в двигателях внутреннего сгорания с искровым зажиганием, снизить требования к применяемому бензину, снизить эксплуатационные затраты при использовании автомобильных карбюраторных двигателей и автомобиля в целом, но и одновременно обеспечивает высокую экологическую чистоту в процессе эксплуатации карбюраторных двигателей путем расширения их функциональных возможностей на основе термической утилизации нефтеостатков, огневого обезвреживания загрязненных бензином вод, значительного снижения газового и теплового загрязнения окружающей среды, а также уменьшения потребления атмосферного воздуха для организации нормального процесса сжигания топлива. Проведенные эксперименты (см. акт) объективно подтвердили, что практическая реализация заявляемого изобретения позволит при минимальных затратах добиться повышения экологической защищенности автомобилей и их двигателей, устраняя загрязнение окружающей природной среды загрязненными бензином водами, снижая концентрацию экологически опасных соединений и веществ в отработавших автомобильных газах, уменьшая тепловое загрязнение атмосферы, сокращая количество кислорода, забираемого из атмосферного воздуха на обеспечение процесса сжигания бензина в двигателях.

Экономическая эффективность предлагаемого изобретения состоит в том, что в технологический процесс, т.е. на горение, возвращаются нефтепродукты, стоимость которых составляет сотни тысяч рублей. В то же время, добавка воды до 3-5% по объему топлива позволяет экономить до 4% автомобильного бензина, снижать на 40% нагар в камерах сгорания двигателя и в выпускном газовом тракте, что приводит к некоторому повышению коэффициента полезного действия карбюраторного двигателя, а следовательно и всего автомобиля.

Кроме того, использование загрязненных бензином вод позволяет снижать затраты, связанные с их сбором, складированием, перевозкой, очисткой и утилизацией на специальных полигонах.

Система предназначена для хранения, перекачки, очистки, карбюрации и подачи на сжигание в камерах сгорания двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием предварительно облагороженного бензина, а также водотопливной эмульсии, приготовленной на его основе, компонентами которого являются пресная чистая или загрязненная бензином вода, а также нефтеостатки, подлежащие термической утилизации и огневому обезвреживанию. Изобретение позволяет повысить экологическую чистоту и экономичность автомобильного карбюраторного двигателя в процессе его использования на основе расширения функциональных возможностей путем термической утилизации нефтеостатков, огневого обезвреживания загрязненных бензином вод в составе водотопливной эмульсии, сжигаемой после карбюрации в камерах сгорания двигателя, а также путем облагораживания бензина ухудшенного качества. В состав системы питания карбюраторного двигателя вводятся диспергирующее устройство струйно-кавитационного типа (диспергатор), центральное сопло которого соединяется с напорным топливопроводом топливного насоса, выходной патрубок сообщен с входным патрубком карбюратора, а всасываюший трубопровод имеет запорный орган и соединяется с водяным бачком. Кроме того, система оборудуется предохранительно-перепускным клапаном, внутренний объем которого разделен подпружиненным поршнем на две полости, одна из которых соединяется с напорным топливопроводом топливного насоса, а другая - с напорным трубопроводом дисперг.атора. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Система питания карбюраторного двигателя, включающая топливный бак, топливный насос со всасывающим и напорным топливопроводами, карбюратор, воздушный фильтр, двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием с впускным и выпускным трубопроводами и указатель уровня топлива в топливном баке, отличающаяся тем, что в состав системы вводят диспергирующее устройство струйно-кавитационного типа, всасывающий трубопровод диспергирующего устройства с запорным органом, водяной бачок и предохранительно-перепускной клапан, а также напорный трубопровод диспергирующего устройства. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что центральное сопло диспергирующего устройства соединяется топливопроводом с напорной полостью топливного насоса, напорный трубопровод диспергирующего устройства сообщается с поплавковой камерой карбюратора, а всасывающий патрубок диспергирующего устройства связан при помощи трубопровода с водяным бачком. 3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что предохранительно-перепускной клапан своей надпоршневой полостью соединен с напорным топливопроводом топливного насоса, а подпоршневой полостью - с напорным трубопроводом диспергирующего устройства. 4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что всасывающий трубопровод диспергирующего устройства снабжен запорным органом, выполненным в виде запорного или невозвратно-запорного клапана и выведенным в салон автомобиля.