СПОСОБ ПОДАЧИ И СМЕШЕНИЯ ГАЗА И БЕНЗИНА В КАРБЮРАТОРНУЮ СИСТЕМУ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2003 года по МПК F02B69/04 F02M21/04 

Изобретение относится к области автомобилестроения, а конкретнее к карбюраторным двигателям внутреннего сгорания, работающим на газе, бензине и смеси газа с бензином.

Известны двигатели, используемые в автомобилях и работающие на смешанном топливе [1].

Это устройство позволяет повысить надежность системы подачи жидкого и газообразного топлива в газодизель.

Недостатком этого изобретения является то, что двигатель мажет работать либо на жидком топливе, либо на газообразном с подачей зональной дозы жидкого топлива.

При этом устройство требует изменения конструкции форсунок и системы подачи масла. Это усложняет устройство и способ применения этого устройства, а также снижает функциональные возможности двигателя и отрицательно сказывается на его динамических характеристиках.

Известен способ работы двигателя внутреннего сгорания на смешанном топливе [2].

Способ включает подачу газовоздушной смеси на всасывании и дозарядку цилиндра в конце хода сжатия жидким топливом.

Двигатель при нагрузках до 60-70% от номинальной мощности работает на одной газовоздушной смеси с воспламенением от электрического зажигания, а при увеличении нагрузки начинает работать на смешанном топливе с воспламенением рабочей смеси от воспламеняющегося при сжатии жидкого топлива.

Недостатком способа является то, что двигатель должен иметь степень сжатия дизельного двигателя. При этом при работе на газе он работает с электрическим зажиганием (цикл ОТТО), а с увеличением нагрузки выше некоторого предела двигатель переходит на дизельное воспламенение топлива (цикл Сабатэ).

Этот цикл характеризуется тем, что в конце хода сжатия начинается подача жидкого топлива, которое самовоспламеняется от повышения температуры при сжатии. Если оставить электрическое зажигание, то его нужно регулировать на срабатывание с запаздыванием, чтобы не мешать работе двигателя по циклу Сабатэ.

Схема регулирования двигателя усложняет способ работы на смешанном топливе.

Кроме того, двигатель должен иметь степень сжатия дизельного двигателя, что еще более усложняет реализацию способа для электрического зажигания.

Существенные признаки прототипа следующие.

1. Работа двигателя осуществляется сначала на газообразном топливе, а при увеличении нагрузки на смеси газа и бензина.

2. Смена режима работы двигателя происходит при нагрузке на двигатель 60-70% от номинальной.

3. Для реализации способа необходим дизельный двигатель, оборудованный электрическими свечами.

4. Необходима регулировка электрического зажигания при работе на смешанном топливе.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей двигателя, улучшение его динамических, экологических и экономических характеристик.

Указанный результат достигается тем, что способ подачи и смешения газа и бензина в карбюраторную систему двигателя внутреннего сгорания, включающий подачу жидкого и газообразного топлива и воспламенение топлива от электрического зажигания, согласно изобретению запуск двигателя осуществляют стартером, раскручивающим двигатель до 450-650 об/мин, далее в двигатель подают газобензиновую смеcь, на которой двигатель набирает обороты 1000-1100 об/мин и температуру +20±5^oС, далее двигатель прогревают до +60±5^oС на бензиновоздушной смеси, режим холостого хода обеспечивают на газовоздушной смеси, работу двигателя с 1000-1100 до 2500-2700 об/мин обеспечивают на газобензиновоздушной смеси, а при более высоких оборотах - на бензиновоздушной смеси.

Указанный результат достигается также тем, что в устройстве подачи и смешения газа и бензина в карбюраторную систему двигателя внутреннего сгорания, содержащем источник горючего газа, редуктор, магистрали горючего газа и жидкого топлива, катушку зажигания двигателя, карбюратор и замок зажигания с ключом, согласно изобретению магистраль горючего газа снабжена распределительным устройством с электроклапанами холостого хода и средних оборотов, соединенными со смесителем горючего газа и воздуха, а на карбюраторе находится нормально замкнутый контакт, связанный с педалью увеличения оборотов двигателя и заслонкой карбюратора.

Катушка зажигания, замок зажигания, электроклапаны, нормально замкнутый контакт и датчик температуры могут быть коммутированы пультом управления с индикаторами и ручкой переключения вида топлива.

Особенностью способа является то, что во время запуска двигателя к бензину добавляют газовоздушную смесь, которая более чувствительна к воспламенению от электрической искры, что способствует лучшему запуску холодного двигателя и более полному сгоранию бензина в непрогретом двигателе.

При запуске на бензиновоздушной смеси большая часть бензина не сгорает и выбрасывается через выхлопную трубу наружу, загрязняя окружающую среду и снижая коэффициент полезного действия (кпд) двигателя.

При стабилизации работы двигателя и при оборотах 1000-1100 об/мин и температуре +20±5^oС подача газа прекращается и прогрев двигателя до температуры +60±5^oС происходит на бензине. Это ускоряет прогрев двигателя и экономит газ. Далее в топливо снова подмешивают газ, при этом двигатель выходит на режим полного сгорания бензина, уменьшения вредных выбросов в атмосферу и увеличения кпд. В этом режиме осуществляют увеличение оборотов до 2500-2700 об/мин. При достижении этого порога оборотов газ отключают, так как созданы условия для нормальной работы двигателя на бензине, а его октановое число при таких оборотах уже существенной роли не играет. Двигатель готов к большим нагрузкам.

При снижении нагрузки на двигатель процесс идет в обратном порядке.

Предложенный способ расширяет функциональные возможности двигателя, улучшает его динамические характеристики, позволяет оптимально использовать энергию топлива, адекватно реагировать на нагрузку, снизить экологически вредный выхлоп отработанных газов в атмосферу.

За счет повышения кпд двигателя достигается и экономический эффект.

Существенные отличительные признаки способа
1. Использование карбюраторного двигателя без изменения конструкции.

2. Понижается нижний температурный предел запуска двигателя.

3. На режимах запуска холодного двигателя, на малых и средних оборотах, газ используется как катализатор, улучшающий свойства бензина по полноте сгорания, повышения октанового числа и уменьшения вредных выбросов в атмосферу.

4. Программно обеспечены и зафиксированы следующие стадии работы двигателя:
а/ стартер раскручивает двигатель до 450-650 об/мин.;
б/ далее следует запуск двигателя на газобензиновой смеси и его работа до устойчивых оборотов 1000-1100 об/мин, и температуры +20^o±5^oС;
в/ прогрев двигателя до температуры +60^o±5^oС осуществляют на бензине;
г/ работу двигателя в режиме холостого хода обеспечивают на газе;
д/ работу двигателя с 1000-1100 до 2500-2700 об/мин обеспечивают на газобензиновой смеси;
е/ работу двигателя с 2500-2700 об/мин и более обеспечивают только на бензине.

Устройство для реализации этого способа также содержит новые элементы, такие, как электромагнитные клапаны, срабатывающие от пульта управления и педали увеличения оборотов, распределитель газа и смеситель, расположенный между карбюратором и контактной парой и коллектором цилиндров. Устройство снабжено пультом управления, коммутирующим электрические линии, обеспечивающие работу устройства.

Более подробно сущность изобретения описана ниже и схематически показана на чертеже.

Устройство для работы двигателя внутреннего сгорания по заявляемому способу содержит источник горючего газа - газовый баллон 1 с вентилем 2 и редуктором 3, который через газовую магистраль 4 соединяется с распределителем 5 газа с воздушным фильтром 6. На распределителе 5 газа размещены нормально закрытые электромагнитные клапаны 7 и 8, соединенные электрической магистралью с переключателем 9 вида топлива пульта 10 управления, который соединен с замком 11 зажигания.

На пульте 10 управления размещен индикатор 12 холостого хода, соединенный с клапаном 7 холостых оборотов.

Контактные пластина 13 и винт 14 соединены с клапаном 8 средних оборотов и индикатором 15 средних оборотов. Трубопровод 16 газовоздушной смеси соединяет распределитель 5 со смесителем 17 горючего газа и воздуха, который размещен между карбюратором 18 и коллектором 19. Карбюратор снабжен клапаном 20 холостого хода для бензина.

Устройство включает также датчик 21 температуры работающего двигателя и катушку 22 зажигания.

Устройство работает следующим образом: из газового баллона 1, после открытия вентиля 2, через редуктор 3 и газовую магистраль 4 газ поступает в распределитель 5 с воздушным фильтром 6 к электромагнитному клапану 7, обеспечивающему режим холостого хода и клапану 8, обеспечивающему режим средних оборотов двигателя. Оба клапана исходно закрыты.

Ставим переключатель 9 вида топлива на пульте 10 управления в положение "ГАЗ" (не показано), поворачиваем ключ в замке 11 зажигания, нажимаем на педаль увеличения оборотов двигателя и производим запуск двигателя.

При достижении определенного числа оборотов двигателя, сообщаемых ему стартерам, это число зафиксировано в памяти пульта 10 управления, например 450 об/мин, открывается клапан холостого хода для газа 7, при этом загорается индикатор 12, а педаль увеличения оборотов двигателя отключает контактную пластику 13 от контактного винта 14, включая клапан 8 средних оборотов, при этом загорается индикатор 15 средних оборотов, и газовоздушная смесь поступает по трубопроводу 16, через смеситель 17, находящийся между карбюратором 18 и коллектором 19, в цилиндры двигателя, а через канал, открываемый дроссельной заслонкой, из карбюратора в коллектор поступает воздушно-бензиновая смесь, и двигатель начинает работу на газобензиновой смеси. До, например, 650 об/мин стартер помогает двигателю набирать обороты, а далее отключается.

Двигатель набирает обороты холостого хода, например 1000-1100 об/мин, но еще не прогрет. При достижении температуры двигателя +20±5^oС, когда работа двигателя на холостых оборотах становится устойчивой, отключается клапан холостого хода 7, гаснет индикатор холостого хода 12, отключается клапан средних оборотов 8, гаснет индикатор средних оборотов 15, и прогрев двигателя продолжается на бензине. Газ не поступает.

При достижении температуры двигателя +60±5^oС датчик 21 включает клапан холостого хода 7, загорается индикатор холостого хода 12 - это значит, что двигатель прогрет.

Отпускают педаль увеличения оборотов двигателя, контактная пластина 13 замкнется с контактным винтом 14, дроссельная заслонка карбюратора закроется, и двигатель будет работать на холостом ходу на газе, поступающем через клапан 7 холостого хода.

Для начала движения автомобиля необходимо увеличить число оборотов двигателя. Для этого нажимают на педаль увеличения оборотов двигателя, размыкается контакт пластины 13 и контактного винта 14, открывается клапан 8 средних оборотов, загорается индикатор 15 средних оборотов, открывается дроссельная заслонка карбюратора и в двигатель поступает газобензиновая смесь. Двигатель набирает обороты. Присутствие газа способствует более полному сгоранию бензина и повышению его октанового числа.

При достижении, например, 1300-1500 об/мин количество оборотов считывается с катушки 22 зажигания пультом 10 управления, пульт дает команду и клапан 7 холостого хода закрывается, гаснет индикатор 12, и двигатель работает на средних оборотах на газобензиновой смеси. Так как продолжается нажатие на педаль увеличения оборотов, количество поступающей воздушно-бензиновой смеси продолжает увеличиваться, число оборотов растет и при достижении, например, 2500 об/мин по команде пульта 10 управления клапан 8 закрывается, гаснет индикатор 15, и двигатель продолжает работу на бензине в обычном режиме на максимальных оборотах.

При снижении скорости и остановке процесс происходит в обратном порядке при уменьшении нажатия на педаль увеличения оборотов количество поступления бензина уменьшается и обороты двигателя уменьшаются. При достижении 2500-2700 об/мин открывается клапан 8 средних оборотов, загорается индикатор 15. При достижении 1300-1500 об/мин открывается клапан 7 холостых оборотов, загорается индикатор 12. Поступление бензина продолжает уменьшаться и при полном отпускании педали увеличения оборотов число оборотов должно соответствовать режиму холостого хода, например 1000 об/мин, а двигатель будет работать только на газе через клапан 7 холостых оборотов.

Плавное изменение режимов работы расширяет функциональные возможности двигателя, а комплексное использование малокалорийного газового топлива и более калорийного бензина обеспечивает развиваемую мощность на разных режимах, адекватную нагрузке, улучшая динамические характеристики двигателя. Газ позволяет использовать низкооктановый бензин, повышает кпд двигателя и соответственно экономический эффект его использования. На перекрестках и перед светофором, во время остановки, двигатель работает в режиме холостого хода и только на газе, чем улучшает экологическую обстановку на улице, так как в выхлопе существенно уменьшены присущие бензину вредные примеси.

Все это обеспечивает достижение технического результата.

Изобретение промышленно применимо.

Изготовленное по заявляемому способу устройство прошло успешное опробование. Изготовлено устройство в лабораторных условиях на малом предприятии.

Источники информации, принятые во внимание
1. Авторское свидетельство СССР N 1650933 А, F 02 В 69/04, 20.03.1989.

2. Авторское свидетельство СССР 91754, F 02 В 45/10, 17.07.1950.

Изобретение относится к области автомобилестроения, а конкретнее к карбюраторным двигателям внутреннего сгорания, работающим на газе, бензине и смеси газа с бензином. Запуск двигателя осуществляют стартером, раскручивающим двигатель до 450-650 об/мин, далее в двигатель подают газобензиновую смесь, на которой двигатель набирает обороты 1000-1100 об/мин и температуру 20±5^oС. Потом двигатель прогревают до 60±5^oС на бензиновоздушной смеси, режим холостого хода обеспечивают на газовоздушной смеси, а работу двигателя с 1000-1100 об/мин до 2500-2700 об/мин обеспечивают на газобензиновой смеси. При более высоких оборотах двигатель работает на бензиновоздушной смеси. Устройство подачи и смешения газа и бензина в карбюраторную систему двигателя внутреннего сгорания содержит источник горючего газа, редуктор, магистрали горючего газа и жидкого топлива, катушку зажигания двигателя, карбюратор и замок зажигания с ключом. Магистраль горючего газа снабжена распределительным устройством с электроклапанами холостого хода и средних оборотов, соединенными со смесителем горючего газа и воздуха. На карбюраторе находится нормально замкнутый контакт, связанный с педалью увеличения оборотов двигателя и заслонкой карбюратора. Катушка зажигания, замок зажигания, электроклапаны, нормально замкнутый контакт и датчик температуры коммутируются пультом управления с индикаторами и ручкой переключения вида топлива. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей двигателя, улучшении его динамических, экологических и экономических характеристик. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ подачи и смешения газа и бензина в карбюраторную систему двигателя внутреннего сгорания, содержащий подачу жидкого и газообразного топлива и воспламенение топлива от электрического зажигания, отличающийся тем, что запуск двигателя осуществляют стартером, раскручивающим двигатель до 450-650 об/мин, далее в двигатель подают газобензиновую смесь, на которой двигатель набирает обороты 1000-1100 об/мин и температуру 20±5^oС, далее двигатель прогревают до 60±5^oС на бензиновоздушной смеси, режим холостого хода обеспечивают на газовоздушной смеси, работу двигателя с 1000-1100 об/мин до 2500-2700 об/мин обеспечивают на газобензиновоздушной смеси, а при более высоких оборотах - на бензиновоздушной смеси. 2. Устройство подачи и смешения газа и бензина в карбюраторную систему двигателя внутреннего сгорания, содержащее источник горючего газа, редуктор, магистрали горючего газа и жидкого топлива, катушку зажигания двигателя, карбюратор и замок зажигания с ключом, отличающееся тем, что магистраль горючего газа снабжена распределительным устройством с электроклапанами холостого хода и средних оборотов, соединенными со смесителем горючего газа и воздуха, а на карбюраторе находится нормально замкнутый контакт, связанный с педалью увеличения оборотов двигателя и заслонкой карбюратора. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что катушка зажигания, замок зажигания, электроклапаны, нормально замкнутый контакт и датчик температуры коммутируются пультом управления с индикаторами и ручкой переключения вида топлива.