СИСТЕМА ПОДАЧИ ВОЗДУХА С ГОРЮЧИМ ГАЗОМ В ТЕПЛОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2009 года по МПК F02M21/04 

Изобретение относится к тепловым двигателям, а именно к двигателям внутреннего сгорания, использующим газообразное топливо, и касается системы подачи воздуха с горючим газом в газовый двигатель.

Известны различные системы подачи воздуха с горючим газом в газовый двигатель, использующие разнообразные смесители для образования топливовоздушной смеси. В выданном в СССР авторском свидетельстве №658306, МПК F02M 21/02, показан «Паровоздушный смеситель», содержащий корпус с центральным цилиндрическим отверстием, расположенным между диффузором и конфузором и сообщенным тангенциально расположенными отверстиями с трубопроводом, сообщенным с источником горючего газа. Аналогичный газовый смеситель показан в выданных в СССР авторском свидетельстве №1321884 на «Систему питания для газового двигателя внутреннего сгорания», в авторском свидетельстве №1687837 на «Систему питания двигателя внутреннего сгорания газовым топливом», в патенте РФ №2206780, МПК F02M 21/04, на «Систему подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания». В патенте №4398521, НКИ 123/527, выданном в США, изображен тепловой двигатель с системой подачи воздуха с горючим газом, содержащей комплект кольцевых перфорированных трубок, сообщенных с источником горючего газа и размещенных внутри воздушного фильтра подачи воздуха. Система подачи воздуха с горючим газом, показанная в выданных в США патентах №№4399795, 4494515, МПК F02B 43/00, F02M 21/04, содержит перфорированную топливоподающую трубку, сообщенную с источником горючего газа и размещенную поперек входного патрубка воздушного фильтра. Такая же поперечная перфорированная топливоподающая трубка расположена во впускном трубопроводе теплового двигателя, изображенного в выданном в США патенте №5377646, МПК F02M 21/04. Система подачи топливовоздушной смеси, показанная в выданном в США патенте №5408978, содержит перфорированное кольцо, вокруг которого расположена кольцевая канавка, сообщенная с источником горючего газа. Система подачи топливовоздушной смеси, представленная в патенте №5551407, выданном в США, содержит расположенный во впускном трубопроводе фигурный сосуд с отверстиями, закрепленный на трубке подачи газообразного топлива. В газовом двигателе внутреннего сгорания, показанном в опубликованной в Японии заявке №60-19952, МПК F02M 21/04, в прямом трубопроводе подачи воздуха в цилиндры двигателя расположена перфорированная топливоподающая трубка, направленная вдоль потока воздуха. В другой заявке №60-19953, МПК F02M 21/04, опубликованной в Японии, в прямом впускном трубопроводе газового двигателя сделаны тангенциально расположенные отверстия для подачи воздуха, смешиваемого с топливным газом, поступающим в трубопровод через выступающую в нее топливоподающую трубку, расположенную поперек трубопровода.

Более близким аналогом является система подачи воздуха с горючим газом в газовый двигатель, представленная в поданной в Японии заявке №60-104753, МПК F02M 21/04, на выдачу патента, содержащая смеситель горючего газа с воздухом, в котором в прямом трубопроводе подачи топливовоздушной смеси в цилиндр двигателя последовательно установлены сопло, расположенное в диффузоре и сообщенное с источником горючего газа, и фигурные перегородки для завихрения смеси. Однако наличие этих элементов существенно усложняет конструкцию впускного тракта и увеличивает аэродинамические потери энергии потока топливовоздушной смеси, всасываемой в цилиндр двигателя, что ухудшает его наполнение и соответственно снижает мощность двигателя.

Решаемой задачей является повышение простыми средствами эффективности системы подачи воздуха с горючим газом в тепловой двигатель внутреннего сгорания, работающий на газовом топливе.

Решение этой задачи обеспечено тем, что система подачи воздуха с горючим газом в тепловой двигатель, содержащая смеситель горючего газа с воздухом, содержит воздухораспределительную трубу, имеющую входное отверстие, расположенное в ней сбоку на расстоянии от ее концов, и выходные отверстия, расположенные в загнутых опорных ножках, примыкающих к смесителю, смеситель горючего газа и воздуха содержит гребенчатый корпус, установленный между опорными ножками воздухораспределительной трубы и головкой цилиндров двигателя и в его корпусе выполнены каналы, сообщенные с источником горючего газа и с топливоподающими трубками, выступающими в выпускные отверстия воздухораспределительной трубы, сделанные в ее опорных ножках, в каналах смесителя расположены клапаны с электромагнитным управлением подачей горючего газа в топливоподающие трубки, а в гребнях корпуса смесителя сделаны окна для прохода топливовоздушной смеси, образуемой в опорных ножках воздухораспределительной трубы при смешении горючего газа с воздухом.

В системе подачи воздуха с горючим газом в газовый тепловой двигатель, охарактеризованной приведенной выше совокупностью признаков, через воздухораспределительную трубу и смеситель, имеющие простые формы, воздушные потоки проходят простыми путями с малым аэродинамическим сопротивлением от входного отверстия воздухораспределительной трубы до цилиндров двигателя через полости и загнутые опорные ножки воздухораспределительной трубы и окна в смесителе, обеспечивая при этом вследствие их фигурной формы интенсивное перемешивание горючего газа с воздухом для образования однородной смеси, поступающей в цилиндры двигателя.

Топливоподающие трубки соединены резьбой с бобышками, расположенными в окнах, сделанных в гребнях корпуса смесителя, для турбулизации топливовоздушной смеси.

В топливоподающих трубках сделаны продольные щели, расположенные по спирали, для улучшения процесса смешивания горючего газа с воздухом.

Выходные отверстия в опорных ножках воздухораспределительной трубы, в которых расположены топливоподающие трубки, сделаны сужающимися в сторону смесителя.

На фигуре 1 представлен тепловой двигатель внутреннего сгорания, предназначенный для работы на газовом топливе.

На фигуре 2 показана система подачи воздуха с горючим газом в тепловой двигатель.

На фигуре 3 изображена воздухораспределительная труба.

На фигуре 4 изображен смеситель горючего газа с воздухом.

На фигуре 5 показан вкладыш воздухораспределительной трубы.

На фигуре 6 показан смеситель в разрезе.

Представленный на фигуре 1 многоцилиндровый, в частности шестицилиндровый, двигатель внутреннего сгорания для работы на газовом топливе содержит головку 1 цилиндров 2, расположенную над поршнями 3. Поршни 3 соединены кривошипно-шатунными механизмами с коленчатым валом двигателя для его вращения. В головке 1 цилиндров расположены клапаны для подачи в цилиндры 2 топливовоздушной смеси, образуемой при смешении воздуха с горючим газом, подаваемым от его источника 4, и устройства 5 для воспламенения топливовоздушной смеси при рабочем ходе поршня, содержащие свечу зажигания (фигура 2).

Двигатель содержит воздухораспределительную впускную трубу 6 для подачи воздуха к цилиндрам двигателя, имеющую входное отверстие 7, расположенное сбоку воздухораспределительной трубы 6 примерно на одинаковом расстоянии от ее концов, и выходные отверстия, четное число которых равно четному числу цилиндров двигателя. Выходные отверстия воздухораспределительной трубы 6 расположены в сделанных у нее загнутых трубчатых опорных ножках 8. Опорные ножки 8 воздухораспределительной трубы имеют фланцы 9, примыкающие к смесителям 10 горючего газа и воздуха, установленным между воздухораспределительной трубой и головкой цилиндров двигателя. Фланцы 9 имеют ушки 11 (фигура 3), в которых соосно со сквозными отверстиями 12, сделанными в обоих смесителях 10 (фигура 4), сделаны сквозные отверстия 13 для установки резьбовых крепежных элементов, соединяющих воздухораспределительную трубу 6 и смесители 10 с головкой 1 цилиндров двигателя. Изогнутые опорные ножки 8 воздухораспределительной трубы 6 сделаны переменной толщины, уменьшающейся в сторону смесителя 10, образуя перед ним кривой диффузор.

К воздухораспределительной трубе 6 напротив ее входного отверстия прикреплен гофрированный футляр 14 конической воронки 15. Фигурный футляр 14 сделан в виде тонкостенной коробки прямоугольного профиля со ступенчатыми стенками, образующими между концами футляра гофр 16, расширяющий полость в футляре вокруг воронки 15. Наличие этой полости, расширяющейся между концами футляра, стабилизирует газодинамические процессы в воздухораспределительной трубе 6, уменьшая колебания в ней воздуха, происходящие при попеременном открытии и закрытии впускных клапанов в головке цилиндров двигателя. Напротив воронки 15 в воздухораспределительной трубе 6 установлен клиновидный вкладыш 17, который является рассекателем воздушного потока. Вкладыш 17 соединен с воздухораспределительной трубой резьбовыми крепежными элементами. Стенки 18 (фигура 5) вкладыша 17, обращенные к воронке 15, у основания 19 вкладыша выполнены вогнутыми с цилиндрической поверхностью. У вершины вкладыша его стенки 20 выполнены плоскими, образующими между собой острый угол 21.

Каждый смеситель 10 горючего газа и воздуха содержит гребенчатый корпус, образующий проставку между воздухораспределительной трубой 6 и головкой 1 цилиндров двигателя. В гребнях 22 корпуса смесителя сделаны окна 23 (фигура 6) для прохода топливовоздушной смеси, то есть воздуха, смешанного с газообразным топливом, и сквозное отверстие 24, сообщенное с источником 4 горючего газа трубопроводом 25, прикрепленным к корпусу смесителя 10 посредством штуцера 26. С противоположной стороны отверстие 24 закрыто резьбовой пробкой 27. Около каждого окна 23 в корпусе смесителя сделан канал 28, сообщающийся с отверстием 24 подачи газового топлива. В канале 28 расположен нормально закрытый клапан 29 с пропорциональным электромагнитным управлением от электронной системы управления двигателем, открывающий при подаче к нему электрического тока проход газового топлива через канал 28 в кривой диффузор, образованный опорной ножкой 8. Корпус клапана 29 с расположенными в нем элементами электромагнитного управления подачей горючего газа установлен сверху на смесителе 10. Канал 28 имеет горизонтальный участок, образованный отверстием 30, закрытым снаружи резьбовой пробкой 31, и вертикальный участок, образованный отверстием 32, закрытым сверху резьбовой пробкой 33. С отверстием 32 сообщено отверстие 34, в которое вставлена и закреплена конической резьбой топливоподающая трубка 35, выступающая внутрь опорной ножки 8 в образованный в ней диффузор. То есть топливоподающие трубки 35 расположены в выходных отверстиях загнутых опорных ножек 8 воздухораспределительной трубы, сужающихся в сторону смесителя 10.

На участке топливоподающей трубки 35, расположенном в опорной ножке 8, сделаны продольные щели для выхода газового топлива с периферии этой трубки. Эти щели расположены по винтовой линии. Участок корпуса смесителя 10, с которым соединена резьбой топливоподающая трубка 35, сделан в виде бобышки 36, расположенной в окне 23. Эта бобышка 36, образующая бугорок, создает дополнительное завихрение топливовоздушной смеси и тем самым способствует лучшему перемешиванию горючего газа и воздуха.

Для регулирования мощности двигателя имеется поворотная дроссельная заслонка, расположенная в воздухозаборнике 37.

При работе двигателя воздух, засасываемый в цилиндры двигателя при такте всасывания, проходит через воронку 15 и попадает на клиновидный вкладыш 17 воздухораспределительной трубы 6, который разделяет поток воздуха, направляя его в сторону отверстий в опорных ножках 8 воздухораспределительной трубы. В опорных ножках 8 воздух смешивается с горючим газом, поступающим в них через каналы 28 смесителя, в которых расположены клапаны 29 с электромагнитным управлением подачей горючего газа в топливоподающие трубки 35. Причем вследствие крутого поворота потоков воздуха при поступлении их в опорные ножки 8 воздухораспределительной трубы и вследствие кривизны опорных ножек 8 потоки воздуха завихряются, в результате чего простыми средствами обеспечено эффективное перемешивание горючего газа с воздухом, образуя гомогенную, то есть однородную топливовоздушную смесь. Образованная от смешения воздуха с горючим газом топливовоздушная смесь через опорные ножки 8 и окна 23 смесителя 10 проходит в головку 1 цилиндров двигателя и через расположенные в ней поочередно открывающиеся впускные клапаны поступает в цилиндры 2 двигателя, где она воспламеняется устройством 5, содержащим свечу зажигания. При воспламенении топливовоздушной смеси давление в цилиндре многократно увеличивается и под его воздействием поршень 3 совершает рабочий ход, поворачивая коленчатый вал двигателя. При этом воздушные волны, возникающие из-за пульсации потока воздуха, проходящего через опорные ножки 8 воздухораспределительной трубы, вследствие поочередного открытия и закрытия впускных клапанов в головке цилиндров эффективно гасятся гофрированным футляром 14 воронки 15.

Представленная система подачи воздуха с горючим газом в тепловой двигатель внутреннего сгорания, работающий на газовом топливе, имеет сравнительно простую и технологичную конструкцию, в которой простыми и эффективными средствами обеспечено достаточно интенсивное перемешивание горючего газа с воздухом для образования однородной топливовоздушной смеси, поступающей из загнутых опорных ножек воздухораспределительной трубы в цилиндры двигателя простыми путями при малом аэродинамическом сопротивлении ее потоку, что способствует повышению эффективности работы двигателя.

Система подачи воздуха с горючим газом в двигатель содержит воздухораспределительную трубу, имеющую входное отверстие, расположенное в ней сбоку на расстоянии от ее концов, и выходные отверстия, расположенные в загнутых опорных ножках, примыкающих к смесителю горючего газа и воздуха. Смеситель содержит гребенчатый корпус, установленный между ножками трубы и головкой цилиндров двигателя. В корпусе смесителя выполнены каналы, сообщенные с источником горючего газа и с топливоподающими трубками, выступающими в выпускные отверстия трубы, сделанные в загнутых ножках. В каналах расположены клапаны с электромагнитным управлением подачей горючего газа в трубки. В гребнях корпуса смесителя сделаны окна для прохода топливовоздушной смеси, образуемой в ножках трубы при смешении горючего газа с воздухом. Технический результат - обеспечение простыми средствами надлежащего перемешивания горючего газа с воздухом для повышения эффективности работы газового двигателя. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Система подачи воздуха с горючим газом в тепловой двигатель, содержащая смеситель горючего газа с воздухом, отличающаяся тем, что она содержит воздухораспределительную трубу, имеющую входное отверстие, расположенное в ней сбоку на расстоянии от ее концов, и выходные отверстия, расположенные в загнутых опорных ножках, примыкающих к смесителю, смеситель горючего газа и воздуха содержит гребенчатый корпус, установленный между опорными ножками воздухораспределительной трубы и головкой цилиндров двигателя, и в его корпусе выполнены каналы, сообщенные с источником горючего газа и с топливоподающими трубками, выступающими в выпускные отверстия воздухораспределительной трубы, сделанные в ее загнутых опорных ножках, в каналах смесителя расположены клапаны с электромагнитным управлением подачей горючего газа в топливоподающие трубки, а в гребнях корпуса смесителя сделаны окна для прохода топливовоздушной смеси, образуемой в опорных ножках воздухораспределительной трубы при смешении горючего газа с воздухом.2. Система по п.1, отличающаяся тем, что топливоподающие трубки соединены резьбой с бобышками, расположенными в окнах, сделанных в гребнях корпуса смесителя.3. Система по п.2, отличающаяся тем, что в топливоподающих трубках сделаны продольные щели, расположенные по спирали.4. Система по п.3, отличающаяся тем, что выходные отверстия в опорных ножках воздухораспределительной трубы, в которых расположены топливоподающие трубки, сделаны сужающимися в сторону смесителя.