УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДАЧИ ГАЗООБРАЗНОГО ТОПЛИВА В ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2001 года по МПК F02M21/04 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к устройствам для подачи газообразного топлива в двигатель внутреннего сгорания, и может быть использовано в системах питания автомобилей с карбюраторными двигателями, работающими как на жидком, так и на газообразном топливе.

Автомобильный транспорт нашей страны продолжает быстро развиваться: совершенствуется и видоизменяется, растет численность парка. Вместе с этим увеличиваются и затраты на жидкое автомобильное топливо. Поэтому мероприятия, направленные на сбережение жидких нефтепродуктов, стоят очень остро.

Одним из радикальных средств решения существующих проблем на автомобильном транспорте является широкое применение сжиженных (смесь пропан-бутана) и сжатых (метан) углеводородных газов. Однако перевод двигателя внутреннего сгорания с жидкого моторного топлива на газообразное сопровождается снижением мощности для сжиженного нефтяного и сжатого природного на 7-8 и 15-18% соответственно. При применении в двигателях внутреннего сгорания устройств, обеспечивающих возможность использования как жидкого, так и газообразного топлива возникает проблема сохранения мощности, приемистости и основных удельных характеристик двигателя внутреннего сгорания при работе на газообразном топливе не хуже, чем на жидком.

Известно устройство для подачи газа в двигатель внутреннего сгорания, содержащее карбюратор-смеситель с диффузором и дроссельной заслонкой, газовый редуктор-испаритель с полостями высокого и низкого давления, регулятор давления, дозатор с дозирующей и управляющей полостями, снабженный клапаном, имеющим корпус с камерой, разделенной мембраной на две полости, первая из которых сообщена через жиклеры с задроссельным пространством карбюратора-смесителя, и запорный элемент клапана, закрепленный соосно на мембране и взаимодействующий с отверстием, выполненным в корпусе дозатора (патент Россия N 2029127 от 20.02.1995 г., кл. F 02 M 21/04 - прототип).

Недостатком указанного устройства является то, что газообразное топливо подается непосредственно на вход в карбюратор-смеситель совместно с воздушной массой, что создает дополнительное гидросопротивление для воздуха, и тем самым уменьшается объем воздушной смеси, что уменьшает литровую мощность и динамические характеристики двигателя, в указанном устройстве клапан для подачи газа второй ступени нормально открыт, что снижает герметичность системы в целом при неработающем двигателе.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно повысить литровую мощность двигателя и улучшить его динамические характеристики, повысить безопасность эксплуатации устройства за счет обеспечения герметичности системы при неработающем двигателе внутреннего сгорания, т.е. клапан полости низкого давления редуктора-испарителя закрыт.

Поставленная задача достигается тем, что устройство для подачи газообразного топлива в двигатель внутреннего сгорания, содержащее карбюратор-смеситель с диффузором измерения расхода воздуха, дроссельную заслонку, входной коллектор, редуктор-испаритель с полостями высокого и низкого давления, отличающееся тем, что устройство снабжено регулятором постоянного давления с регулируемым дросселем, в котором камера разделена мембраной с клапаном на две полости, надмембранную, соединенной с атмосферой, и подмембранную с подпружиненным клапаном, соединенную через жиклер с надмембранной и через регулируемый дроссель с подмембранной полостями низкого давления редуктора-испарителя и через регулируемый дроссель магистралью со смесителем во входном коллекторе, надмембранная полость низкого давления редуктора-испарителя через неподвижную перегородку снабжена дополнительной камерой, разделенной управляющей мембраной на две полости, надмембранную, соединенную с атмосферой, и подмембранную, соединенную магистралью с диффузором измерителя расхода воздуха, причем управляющая мембрана посредством подвижного штока через неподвижную перегородку взаимодействует с мембраной низкого давления, при этом надмембранная полость низкого давления дополнительно через жиклер соединена с подмембранной полостью управляющей мембраны.

Предложенное устройство для подачи газообразного топлива в двигатель внутреннего сгорания представлено на чертеже, где
1 - редуктор-испаритель;
2 - мембрана управляющая;
3 - мембрана низкого давления;
4 - мембрана высокого давления;
5 - жиклер;
6 - жиклер;
7 - магистраль;
8 - диффузор;
9 - карбюратор-смеситель;
10 - шток;
11 - жиклер;
12 - регулируемый дроссель;
13 - регулятор постоянного давления;
14 - жиклер;
15 - регулируемый дроссель;
16 - магистраль;
17 - смеситель;
18 - входной коллектор;
19, 20 - дроссельные клапаны;
21, 22 - пружины редуктора высокого и низкого давления соответственно;
23 - мембрана регулятора постоянного давления;
24 - жиклер;
25 - магистраль;
26 - магистраль;
27 - дроссельная заслонка;
А - надмембранная полость управляющей мембраны;
В - подмембранная полость управляющей мембраны;
С - надмембранная полость мембраны низкого давления;
Д - подмембранная полость мембраны низкого давления;
Е - надмембранная полость мембраны высокого давления;
И - подмембранная полость мембраны высокого давления;
К - надмембранная полость регулятора постоянного давления;
Л - подмембранная полость с подпружиненным клапаном регулятора.

Устройство содержит редуктор-испаритель 1, состоящий из управляющей мембраны 2, мембраны низкого давления 3 и мембраны высокого давления 4, причем полость А жиклером 5 соединена с атмосферой, а полость В жиклером 6 соединена с полостью С и магистралью 7 с диффузором 8, установленным на карбюратор-смеситель 9, при этом через неподвижную перегородку управляющая мембрана контактирует с мембраной низкого давления с помощью подвижного штока 10, полости С и Д соединены жиклером 11 и регулируемым дросселем 12 совместно с полостью Л регулятора постоянного давления 13, полость К которого через жиклер 14 соединена с атмосферой, а полость Л через регулируемый дроссель 15, магистраль 16, смеситель 17 соединена с выходным коллектором 18 двигателя. Полости высокого и низкого давления редуктора-испарителя имеют дроссельные клапаны 19 и 20, которые через рычаги связаны с мембранами и сопряжены с пружинами 21 и 22 соответственно. Дроссельный клапан 19 высокого давления нормально закрыт. Корпус регулятора постоянного давления разделен мембраной 23 на полость К и Л. Жиклер 24 и магистраль 25 соединяют полости С и Д с полостью Л. Газообразное топливо под давлением поступает в редуктор-испаритель по магистрали 26. Расход воздуха регулируется дроссельной заслонкой 27.

Устройство работает следующим образом.

При запуске двигателя, когда дроссельная заслонка 27 карбюратора-смесителя 9 закрыта, а коленчатый вал двигателя вращается в стартерном режиме, разрежение из входного коллектора 18 через смеситель 17 и регулятор постоянного давления 13, через жиклер 11 и регулируемый дроссель 12 поступит в полости С и Д мембраны 3. На жиклере 11, а следовательно, и на мембране 3 возникает перепад давления, под действием которого мембрана 3 преодолевает усилие пружины 22, приоткрывает клапан 20 и газообразное топливо поступает в подмембранную полость Д и далее через регулируемые дроссели 12 и 15 в полость Л, магистраль 16 через смеситель 17 во входной коллектор 18 для запуска двигателя. Смесеобразование регулируется подачей воздуха через дроссельную заслонку 27. Разрежение, вызванное воздушным потоком в диффузоре 8 измерителя расхода воздуха, через магистраль 7 подается в полость В. Полость А через жиклер 5 сообщена с атмосферой. Разность давлений между полостями А и В, действуя в направлении стрелки 1 на управляющую мембрану 2, перемещает шток 10, который в свою очередь воздействует на мембрану 3.

Давление газа, поступающего через входную магистраль 26 и клапан 19, снижается до 0,7-0,9 кгс/см² и поддерживается в заданном диапазоне воздействием пружины 21 на мембрану 4.

Из полости Е газ через клапан 20 поступает в полость Д, далее через регулируемый дроссель 12, магистраль 25, регулятор 13 и магистраль 16 поступает на вход смесителя 17. Разность давлений ΔP_ДС поддерживается редуктором-испарителем равной разности давлений ΔP_АВ. При изменении режима работы двигателя, например, с увеличением ΔP_АВ, указанное равенство первоначально нарушается и под действием избыточного давления на мембране 2 шток 10 перемещается в направлении стрелки 1. При этом увеличивается открытие клапана 20, повышается давление в полости Д и соответственно увеличивается расход газа через регулируемый дроссель 12. Перемещение штока 10 и открытие клапана 20 произходит в этом случае до тех пор, пока расход газа через регулируемый дроссель 12 увеличится настолько, что величина ΔP_ДС снова станет равной ΔP_АВ. При достижении ΔP_ДС = ΔP_АВ механизм редуктора снова приходит в равновесное состояние, то же, но в обратном порядке происходит при уменьшении величины ΔP_АВ.

Таким образом, на любых режимах работы двигателя расход газа зависит от величины ΔP_АВ. Мембрана 2 очень чувствительна к изменению расхода воздуха, так как на нее действуют полный перепад давлений, полученный на диффузоре 8 измерителя расхода воздуха.

В связи с этим эффективные площади мембран 2 и 3 можно выбрать значительно меньше, чем в традиционных газовых редукторах.

Подача газообразного топлива во впускной коллектор исключает дополнительное сопротивление потоку воздуха в карбюраторе.

Отсутствие добавочного сопротивления способствует прохождению большего на 5-15% количества воздуха для подготовки топливной смеси, что обеспечивает более высокий коэффициент наполнения цилиндров, за счет чего увеличивается литровая мощность и улучшаются динамические характеристики двигателя.

Повышена безопасность эксплуатации устройства, т.к. при неработающем двигателе клапан полости низкого давления редуктора-испарителя нормально закрыт и исключаются уточки-газа во входной коллектор двигателя.

Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Технический результат заключается в повышении литровой мощности и улучшении динамических характеристик двигателя, повышении безопасности эксплуатации за счет обеспечения герметичности устройства при неработающем двигателе. Устройство снабжено регулятором постоянного давления 13 с регулируемым дросселем 15, в котором камера разделена мембраной 23 с клапаном на две полости, надмембранную К, соединенную с атмосферой, и подмембранную Л с подпружиненным клапаном, соединенную через жиклер 11 с надмембранной полостью С, через регулируемый дроссель 12 с подмембранной полостью Д и через регулируемый дроссель 13 магистралью 16 со смесителем 17 во входном коллекторе 18. Надмембранная полость С через неподвижную перегородку снабжена дополнительной камерой, разделенной управляющей мембраной 2 на две полости, надмембранную А, соединенную с атмосферой, и подмембранную В, соединенную магистралью 7 с диффузором 8 измерителя расхода воздуха. Управляющая мембрана 2 посредством подвижного штока 10 через неподвижную перегородку взаимодействует с мембраной низкого давления 3, надмембранная полость которой С дополнительно через жиклер 6 соединена с подмембранной полостью В управляющей мембраны. 1 ил.

Устройство для подачи газообразного топлива в двигатель внутреннего сгорания, содержащее карбюратор-смеситель с диффузором измерения расхода воздуха, дроссельную заслонку, входной коллектор, редуктор-испаритель с полостями высокого и низкого давления, отличающееся тем, что устройство снабжено регулятором постоянного давления с регулируемым дросселем, в котором камера разделена мембраной с клапаном на две полости, надмембранную, соединенную с атмосферой, и подмембранную с подпружиненным клапаном, соединенную через жиклер с надмембранной и через регулируемый дроссель с подмембранной полостями низкого давления редуктора-испарителя и через регулируемый дроссель магистралью со смесителем во входном коллекторе, надмембранная полость низкого давления редуктора-испарителя через неподвижную перегородку снабжена дополнительной камерой, разделенной управляющей мембраной на две полости: надмембранную, соединенную с атмосферой, и подмембранную, соединенную магистралью с диффузором измерителя расхода воздуха, причем управляющая мембрана посредством подвижного штока через неподвижную перегородку взаимодействует с мембраной низкого давления, при этом надмембранная полость низкого давления дополнительно через жиклер соединена с подмембранной полостью управляющей мембраны.