ДВУХСТУПЕНЧАТЫЙ РЕДУКТОР-ИСПАРИТЕЛЬ СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2003 года по МПК F02M21/06 

Изобретение относится к области двигателестроения, а более конкретно к системам питания двигателей внутреннего сгорания, работающих на сжиженных нефтяных газах.

Известен редуктор для редукцирования и дозированной подачи газообразного топлива в двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с рабочими и командными камерами, запорными элементами, кинематически связанными с подпружиненными мембранами, пусковой вентиль и запорный электромагнитный клапан [см. патент СССР 1074719, кл. F 02 M 21/00, 1983 г.].

Данный редуктор обладает высокой степенью быстродействия, однако практически неприемлем для работы двигателя на сжиженном газе, поскольку не имеет испарительного элемента, а в случае применения данного редуктора с дополнительным испарителем сжиженного газа из-за различного давления на выходе испарителя понижается точность дозирования при работе со сжиженным газом.

Наиболее близкой к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков является двухступенчатый редуктор-испаритель системы питания двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус, имеющий входную полость, сообщенную с источником сжиженного газа, полость высокого давления и выходную полость, сообщенную с впускным трактом двигателя, клапан высокого давления в виде подпружиненной мембраны, установленной в полости высокого давления с образованием камеры противодавления и рабочей камеры, и запорного элемента, кинематически связанного с мембраной с возможностью сообщения входной полости с полостью высокого давления, клапан низкого давления в виде мембраны, установленной в корпусе с образованием разгрузочной камеры, сообщенной с атмосферой, и запорного элемента, кинематически связанного с мембраной с возможностью сообщения рабочей камеры клапана высокого давления с выходной полостью, корректор в виде мембраны, установленной в корпусе с образованием разгрузочной и рабочей полостей и связанной с мембраной клапана низкого давления, систему пуска с пусковым клапаном, размещенным в корпусе, и выполненный в корпусе канал подвода теплоносителя для испарения сжиженного газа [см. патент СССР 1702875, кл. F 02 M 21/00, 1991 г.].

Однако прототипу присущ ряд недостатков: недостаточная точность дозирования подачи газа, обусловленная конструктивными особенностями запорных элементов клапанов; недостаточный нагрев и испарение сжиженного газа, что обусловлено конструктивными особенностями известного редуктора-испарителя; конструктивная компоновка основных узлов редуктора-испарителя выполнена неэффективной, что затрудняет техническое обслуживание известного редуктора-испарителя.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в том, чтобы расширить эксплуатационные возможности редуктора-испарителя путем повышения точности дозирования, а также повысить надежность работы редуктора-испарителя при его эксплуатации.

Сущность изобретения состоит в том, что в двухступенчатом редукторе-испарителе системы питания двигателя внутреннего сгорания, содержащем корпус, имеющий входную полость, сообщенную с источником сжиженного газа, полость высокого давления и выходную полость, сообщенную с впускным трактом двигателя, клапан высокого давления в виде подпружиненной мембраны, установленной в полости высокого давления с образованием камеры противодавления и рабочей камеры, и запорного элемента, кинематически связанного с мембраной с возможностью сообщения входной полости с полостью высокого давления, клапан низкого давления в виде мембраны, установленной в корпусе с образованием разгрузочной камеры, сообщенной с атмосферой, и запорного элемента, кинематически связанного с мембраной с возможностью сообщения рабочей камеры клапана высокого давления с выходной полостью, корректор в виде мембраны, установленной в корпусе с образованием разгрузочной и рабочей полостей и связанной с мембраной клапана низкого давления, систему пуска с пусковым клапаном, размещенным в корпусе, и выполненный в корпусе канал подвода теплоносителя для испарения сжиженного газа, согласно изобретению корпус представляет собой цилиндрическое тело, выполненное с центральным отверстием для корректора, причем с одного основания корпуса выполнен канал кольцеобразной формы для подвода теплоносителя и закрытый крышкой с подводящим и отводящим патрубками, а с другого основания корпуса выполнены выходная полость подачи газа в впускной тракт двигателя и полость высокого давления, расположенная сбоку внутри выходной полости, причем полость высокого давления имеет сообщение с выходной полостью при помощи канала, расположенного в теле корпуса; при этом длина канала для сообщения полости высокого давления с выходной полостью равна не менее радиуса внешнего диаметра канала кольцеобразной формы подвода теплоносителя для испарения сжиженного газа; при этом корректор выполнен сменным; при этом запорные элементы соответственно клапанов высокого и низкого давления снабжены пружинными лапками, прикрепленными к корпусу редуктора; при этом канал кольцеобразной формы для подвода теплоносителя выполнен с отсекателями, при этом в входные отверстия соответственно полости высокого давления и выходной полости установлены сменные жиклеры; при этом система пуска представляет собой дополнительный канал с установленным в нем электромагнитным клапаном, причем дополнительный канал одним концом сообщен с каналом сообщения полости высокого давления с выходной полостью, а другим концом сообщен с выходной полостью, минуя клапан низкого давления; при этом канал сообщения полости высокого давления с выходной полостью имеет концевую полость, расположенную в боковой стенке корпуса редуктора; при этом выходная полость снабжена отбойником газа, выполненным в виде жесткой перегородки и расположенным над клапаном низкого давлений; при этом выходная полость имеет сообщение с атмосферой при помощи канала с установленным в нем электромагнитным клапаном, расположенными в нижней боковой стенке корпуса редуктора.

Отличительные существенные признаки "корпус представляет собой цилиндрическое тело, выполненное с центральным отверстием для корректора, причем с одного основания корпуса выполнен канал кольцеобразной формы для подвода теплоносителя и закрытый крышкой с подводящим и отводящим патрубками, а с другого основания корпуса выполнены выходная полость подачи газа в впускной тракт двигателя и полость высокого давления, расположенная сбоку внутри выходной полости, причем полость высокого давления имеет сообщение с выходной полостью при помощи канала, расположенного в теле корпуса" позволяет исключить возможность попадания газа в систему охлаждения двигателя внутреннего сгорания, дает возможность поддерживать температуру газа на его выходе, близкой к оптимальной (плюс 45^oС), на всех режимах работы двигателя внутреннего сгорания; полость под крышкой первой ступени редуктора не имеет сообщения с атмосферой, а соединена с выходом второй ступени (при разрыве диафрагмы газ не поступает под капот двигателя); что обеспечивает надежность работы редуктора-испарителя.

Отличительные существенные признаки "при этом длина канала для сообщения полости высокого давления с выходной полостью равна не менее радиуса внешнего диаметра канала кольцеобразной формы подвода теплоносителя для испарения сжиженного газа" обеспечивает испарение газа и исключает обмерзание канала для сообщения полости высокого давления с выходной полостью.

Отличительные существенные признаки "при этом корректор подачи газа выполнен сменным" позволяют применять заявляемый редуктор-испаритель для работы как с карбюраторным, так и с инжекторным двигателем внутреннего сгорания.

Отличительные существенные признаки "при этом запорные элементы соответственно клапанов высокого и низкого давления снабжены пружинными лапками, прикрепленными к корпусу редуктора" обеспечивают самоустановление запорных элементов соответственно клапанов высокого и низкого давления, что значительно увеличивает надежность работы редуктора-испарителя путем обеспечения дозированной подачи газа в систему питания двигателя внутреннего сгорания.

Отличительные существенные признаки "при этом канал кольцеобразной формы для подвода теплоносителя выполнен с отсекателями" позволяют обеспечить равномерное и направленное движение теплоносителя, что позволяет увеличить теплопередачу и нагрев газа даже при отрицательных температурах атмосферы.

Отличительные существенные признаки "при этом в входные отверстия соответственно полости высокого давления и выходной полости установлены сменные жиклеры" позволяют повысить эксплуатационные возможности редуктора-испарителя путем использования его для систем питания двигателей внутреннего сгорания с разными рабочими объемами (литражом), для этого необходимо установить жиклер с требуемым проходным отверстием.

Отличительные существенные признаки "при этом система пуска представляет собой дополнительный канал с установленным в нем электромагнитным клапаном, причем дополнительный канал одним концом сообщен с каналом сообщения полости высокого давления с выходной полостью, а другим концом сообщен с выходной полостью, минуя клапан низкого давления" позволяют осуществить ускоренный запуск двигателя внутреннего сгорания.

Отличительные существенные признаки "при этом канал сообщения полости высокого давления с выходной полостью имеет концевую полость, расположенную в боковой стенке корпуса редуктора" позволяют определить значение давления газа при выходе его из полости высокого давления при помощи манометра, установленного в концевую полость.

Отличительные существенные признаки "при этом выходная полость снабжена отбойником газа, выполненным в виде жесткой перегородки и расположенным над клапаном низкого давления" позволяют осуществить осаждение механической взвеси и конденсата в нижней части выходной полости редуктора-испарителя, что значительно увеличивает надежность работы редуктора-испарителя.

Отличительные существенные признаки "при этом выходная полость имеет сообщение с атмосферой при помощи канала с установленным в нем электромагнитным клапаном, расположенными в нижней боковой стенке корпуса редуктора" позволяют осуществить слив конденсата из выходной полости редуктора-испарителя, что значительно увеличивает надежность работы редуктора-испарителя.

Предлагаемое изобретение является новым, так как заявителям и авторам совокупность его существенных признаков не известна из уровня техники.

Предлагаемое изобретение соответствует условию изобретательского уровня, так как заявителям и авторам не известны решения, имеющие признаки, совпадающие с его отличительными признаками, а совокупность существенных признаков предлагаемого изобретения для специалиста явным образом не следует из уровня техники.

Предлагаемое изобретение промышленно применимо и может быть использовано в системах питания двигателей внутреннего сгорания, работающих на сжиженных нефтяных газах и природном газе (метане).

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид редуктора-испарителя; на фиг.2 показан вид "А-А" редуктора-испарителя с корректором подачи газа для карбюраторного двигателя внутреннего сгорания; на фиг. 3 показан вид "А-А" редуктора-испарителя с корректором подачи газа для инжекторного двигателя внутреннего сгорания; на фиг.4 показан вид "Б-Б" на канал кольцеобразной формы для подвода теплоносителя; на фиг.5 показан вид "В-В" на полость высокого давления и на выходную полость редуктора-испарителя; на фиг.6 показан фрагмент канала сообщения полости высокого давления с выходной полостью со сменными жиклерами, клапанами и их запорными элементами, последние зафиксированы в пружинных лапках.

Двухступенчатый редуктор-испаритель системы питания двигателя внутреннего сгорания содержит корпус 1, в котором выполнены входная полость 2, сообщенная с источником сжиженного газа (на чертеже не показан), полость 3 высокого давления и выходная полость 4, клапан 5 высокого давления, имеющий подпружиненную пружиной 6 мембрану 7, установленную в полости 3 высокого давления с образованием камеры 8 противодавления и рабочей камеры 9. Камера 8 имеет отверстие 10 для сообщения с выходной полостью 4. Мембрана 7 кинематически связана с запорным элементом 11 клапана 5, установленным с возможностью перекрытия сообщения между полостью 2 и камерой 9.

Полость 3 высокого давления соединена с выходной полостью 4 при помощи канала 12, расположенного в теле корпуса 1.

Клапан 13 низкого давления, установленный в корпусе 1 с возможностью перекрытия сообщения между каналом 12 и выходной полостью 4 при помощи запорного элементами 14, кинематически связан с мембраной 15, установленной в корпусе 1 с образованием разгрузочной камеры 16, сообщенной каналом 17 с атмосферой и рабочей полости 18, сообщенной центральным отверстием 19 с выходной полостью 4.

В центральном отверстии 19 корпуса 1 расположен корректор 20 подачи газа в систему питания двигателя внутреннего сгорания, выполненный в виде мембраны 21, установленный между корпусом 1 и крышкой 22 корректора 20 с образованием рабочей полости 18 и командной полости 23 и кинематически связанной с мембраной 15 через пружину 24 и клапан 13 низкого давления. Командная полость 23 сообщена к источнику вакуума, например к впускному тракту двигателя внутреннего сгорания (на чертеже не показан), при помощи канала 25, расположенного в крышке 22 корректора 20.

Корректор 20 имеет винт 26 для регулировки подачи газа при работе двигателя внутреннего сгорания на холостом ходу путем воздействия на пружину 27, которая, в свою очередь, воздействует соответственно на мембрану 21, пружину 24, клапан 13 низкого давления и мембрану 15. Данная конструкция применяется для работы карбюраторным двигателем внутреннего сгорания. Для работы с инжекторным двигателем внутреннего сгорания применяется конструкция редуктора-испарителя с электромагнитным клапаном 28 подачи газа, установленным в крышке 22 корректора 20, причем электромагнитный клапан 28 жестко воздействует на мембрану 21, которая, в свою очередь, воздействует соответственно на пружину 24, клапан 13 низкого давления и мембрану 15; при этом регулировка подачи газа при работе двигателя внутреннего сгорания осуществляется при помощи винта 26.

В корпусе 1 выполнен канал 29 кольцеобразной формы для подвода теплоносителя с подводящим 30 и отводящим 31 патрубками, причем на поверхности канала 29 выполнены отсекатели 32 для равномерного и направленного движения теплоносителя.

Длина L канала 12 для сообщения полости высокого давления с выходной полостью равна не менее радиуса R внешнего диаметра канала 29 кольцеобразной формы подвода теплоносителя для испарения сжиженного газа, что позволяет обеспечить испарение газа и исключает обмерзание канала для сообщения полости высокого давления с выходной полостью.

Запорные элементы 11 и 14 соответственно клапанов высокого 5 и низкого 13 давления снабжены пружинными лапками 33, прикрепленными к корпусу 1 редуктора-испарителя.

В входные отверстия 34 и 35 соответственно полости высокого давления 3 и выходной полости 4 установлены сменные жиклеры 36 и 37.

Редуктор-испаритель снабжен системой пуска двигателя внутреннего сгорания, которая представляет собой дополнительный канал 38 с электромагнитным клапаном 39, причем дополнительный канал 38 одним концом сообщен с каналом 12 сообщения полости 3 высокого давления с выходной полостью 4, а другим концом сообщен с выходной полостью 4, минуя клапан 13 низкого давления.

Канал 12 сообщения полости 3 высокого давления с выходной полостью 4 имеет концевую полость 40 с заглушкой 41 (на место заглушки можно установить манометр для определения выходного давления полости 3 высокого давления), расположенные в боковой стенке корпуса 1 редуктора-испарителя.

Выходная полость 4 редуктора-испарителя снабжена каналом 42 с установленным в нем электромагнитным клапаном 43, расположенными в нижней боковой стенке корпуса 1 редуктора-испарителя и предназначенными для слива конденсата.

Выходная полость 4 редуктора-испарителя снабжена отбойником 44 газа, выполненным в виде жесткой перегородки и расположенным над клапаном 13 низкого давления.

Двухступенчатый редуктор-испаритель работает следующим образом.

Сжиженный газ под давлением 0,07-1,6 МПа поступает во входную полость 2, где частично испаряется и через запорный элемент 11 клапана 5 высокого давления попадает в полость 3 высокого давления, где полностью испаряется.

Далее газ под давлением 0,05 МПа поступает в канал 12 сообщения полости 3 высокого давления с выходной полостью 4.

Для ускоренного запуска двигателя внутреннего сгорания кратковременно открывается электромагнитный клапан 39 системы пуска; газ через дополнительный канал 38 поступает в выходную полость 4 и в систему питания двигателя внутреннего сгорания под давлением, близким к атмосферному (78 Па).

Обычный запуск двигателя внутреннего сгорания осуществляется следующим образом. В момент пуска двигателя внутреннего сгорания во всасывающем трубопроводе создается разрежение, которое передается в выходную полость 4 и командную полость 23, так как командная полость 23 через канал 25 сообщена к впускному тракту двигателя внутреннего сгорания; открывается клапан 13 низкого давления, кинематически связанный с мембраной 21 командной полости 23; газ из полости 3 высокого давления по каналу 12 через входное отверстие 35 и жиклер 37 поступает в выходную полость 4 и далее в систему питания двигателя внутреннего сгорания под давлением, близким к атмосферному (78 Па); тем самым двигатель внутреннего сгорания продолжает устойчиво работать.

На мембрану 15 воздействует разрежение как впускного коллектора, так и атмосферного давления, а также благодаря системе регулировки при помощи винта 26 достигается быстродействие системы подачи газа на переходных режимах.

После запуска двигателя внутреннего сгорания по каналу 29 циркулирует теплоноситель от водяного контура системы охлаждения двигателя, что дает возможность поддерживать температуру газа на его выходе, близкой к оптимальной (плюс 45^oС), на всех режимах работы двигателя.

Изобретение может быть использовано в системах питания двигателей внутреннего сгорания, работающих на сжиженных нефтяных газах. Двухступенчатый редуктор-испаритель системы питания двигателя внутреннего сгорания содержит корпус, имеющий входную полость, сообщенную с источником сжиженного газа, полость высокого давления и выходную полость, сообщенную с впускным трактом двигателя. Имеется клапан высокого давления в виде подпружиненной мембраны, установленной в полости высокого давления с образованием камеры противодавления и рабочей камеры и запорного элемента, кинематически связанного с мембраной с возможностью сообщения входной полости с полостью высокого давления. Имеется клапан низкого давления в виде мембраны, установленной в корпусе с образованием разгрузочной камеры, сообщенной с атмосферой, и запорного элемента, кинематически связанного с мембраной с возможностью сообщения рабочей камеры клапана высокого давления с выходной полостью. Корректор в виде мембраны установлен в корпусе с образованием разгрузочной и рабочей полостей и связан с мембраной клапана низкого давления. Система пуска с пусковым клапаном размещена в корпусе. В корпусе выполнен канал подвода теплоносителя для испарения сжиженного газа. Корпус представляет собой цилиндрическое тело, выполненное с центральным отверстием для корректора. С одного основания корпуса выполнен канал кольцеобразной формы для подвода теплоносителя. Корпус закрыт крышкой с подводящим и отводящим патрубками. С другого основания корпуса выполнены выходная полость подачи газа в впускной тракт двигателя и полость высокого давления, расположенная сбоку внутри выходной полости. Полость высокого давления имеет сообщение с выходной полостью при помощи канала, расположенного в теле корпуса. Технический результат заключается в расширении эксплуатационных возможностей редуктора-испарителя путем повышения точности дозирования и повышения надежности работы редуктора. 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Двухступенчатый редуктор-испаритель системы питания двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус, имеющий входную полость, сообщенную с источником сжиженного газа, полость высокого давления и выходную полость, сообщенную с впускным трактом двигателя, клапан высокого давления в виде подпружиненной мембраны, установленной в полости высокого давления с образованием камеры противодавления и рабочей камеры, и запорного элемента, кинематически связанного с мембраной с возможностью сообщения входной полости с полостью высокого давления, клапан низкого давления в виде мембраны, установленной в корпусе с образованием разгрузочной камеры, сообщенной с атмосферой, и запорного элемента, кинематически связанного с мембраной с возможностью сообщения рабочей камеры клапана высокого давления с выходной полостью, корректор в виде мембраны, установленной в корпусе с образованием разгрузочной и рабочей полостей и связанной с мембраной клапана низкого давления, систему пуска с пусковым клапаном, размещенным в корпусе, и выполненный в корпусе канал подвода теплоносителя для испарения сжиженного газа, отличающийся тем, что корпус представляет собой цилиндрическое тело, выполненное с центральным отверстием для корректора, причем с одного основания корпуса выполнен канал кольцеобразной формы для подвода теплоносителя и закрытый крышкой с подводящим и отводящим патрубками, а с другого основания корпуса выполнены выходная полость подачи газа в впускной тракт двигателя и полость высокого давления, расположенная сбоку внутри выходной полости, причем полость высокого давления имеет сообщение с выходной полостью при помощи канала, расположенного в теле корпуса. 2. Редуктор-испаритель по п.1, отличающийся тем, что длина канала для сообщения полости высокого давления с выходной полостью равна не менее радиуса внешнего диаметра канала кольцеобразной формы подвода теплоносителя для испарения сжиженного газа. 3. Редуктор-испаритель по п.1, отличающийся тем, что корректор выполнен сменным. 4. Редуктор-испаритель по п.1, отличающийся тем, что запорные элементы соответственно клапанов высокого и низкого давления снабжены пружинными лапками, прикрепленными к корпусу редуктора. 5. Редуктор-испаритель по п. 1, отличающийся тем, что канал кольцеобразной формы для подвода теплоносителя выполнен с отсекателями. 6. Редуктор-испаритель по пп.1-5, отличающийся тем, что в входные отверстия соответственно полости высокого давления и выходной полости установлены сменные жиклеры. 7. Редуктор-испаритель по пп.1-6, отличающийся тем, что система пуска представляет собой дополнительный канал с установленным в нем электромагнитным клапаном, причем дополнительный канал одним концом сообщен с каналом сообщения полости высокого давления с выходной полостью, а другим концом сообщен с выходной полостью, минуя клапан низкого давления. 8. Редуктор-испаритель по пп.1-7, отличающийся тем, что канал сообщения полости высокого давления с выходной полостью имеет концевую полость, расположенную в боковой стенке корпуса редуктора. 9. Редуктор-испаритель по пп.1-8, отличающийся тем, что выходная полость снабжена отбойником газа, выполненным в виде жесткой перегородки и расположенным над клапаном низкого давления. 10. Редуктор-испаритель по пп.1-9, отличающийся тем, что выходная полость имеет сообщение с атмосферой при помощи канала с установленным в нем электромагнитным клапаном, расположенными в нижней боковой стенке корпуса редуктора.