Система питания для двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1987 года по МПК F02M31/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к системам питания для двигателя внутреннего сгорания.

Цель изобретения - улучшение смесеобразования и повышение надежности ра- боты.

На фиг. 1 изображена схематически система питания для двигателя внутреннего сгорания; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1.

Система питания для двигателя внутреннего сгорания содержит впускной трубопровод 1, снабженный расположенным на входе воздушным фильтром 2, дроссельной заслонкой 3 и диффузором 4, на входном участке которого размеш.ен топливоподающий рас- пылитель 5, соединенный с последним топливопровод 6, снабженный дозатором, выполненный в виде сопла Лаваля 7 и имеюш,ий регулируюший орган в виде клапана 8, расположенного по оси сопла Лаваля 7 и продольно подвижного относительно горлови- ны 9 последнего, и подключенную к дозатору выходную камеру 10 топливного испарителя, имеюшего подогреватель 11, выполненный в виде змеевика 12, расположенного в обогревательной камере 13, снабженной вход- ным и выходным патрубками 14 и 15 для отработавших газов, подаваемых от выхлопного трубопровода 16, причем подогреватель 11 выполненпротивоточным. Выхлопной трубопровод 16 снабжен обводным патрубком 17 с расположенной в нем регу- лирующей заслонкой 18, а обогревательная камера 13 соединена с выхлопным трубопроводом 16 параллельно обводному патрубку 17. При этом обогревательная камера 13 подогревателя 11 выполнена цилиндрической, входной патрубок 14 - тангенциаль- ным (фиг. 2), а выходной патрубок 15 - осевым. Регулируюшая заслонка 18 при помощи тяг 19 связана с сервоприводом 20, рабочая камера 21 которого подключена при помощи трубопровода 22 к выходной камере 10 топливного испарителя.

Дроссельная заслонка 3 установлена во впускном трубопроводе 1 до топливоподаю- щего распылителя 5 относительно потока и снабжена приводным рычагом 23, который вместе с приводным рычагом 24 клапана 8 дозатора контактирует соответственно с двумя профилированными кулачками 25 приводного валика 26, включенного в кинематическую цепь 27 связи с педалью акселератора (не изображена).

В зоне горловины 9 сопла Лаваля 7 вы- полнены воздушные каналы 28, а дозатор снабжен подвижной обечайкой 29, имеющей проходные каналы 30, выполненные ответными воздушным каналам 28, причем обечайка 29 при помощи тяг 31 (фиг. 3) связана с рычагом ручного управления (не изобра- жен). Топливоподаюший распылитель 5 снабжен козырьковым обтекателем 32, расположенным в проточной части диффузора 4,

на выходе которого установлен вращаемый потоком лопастной ротор 33. На выходной камере 10 топливного испарителя установлен электрический пусковой подогреватель 34, выходной патрубок 15 обогревательной камеры 13 сообщен с атмосферой, обводной патрубок 17 выхлопного трубопровода соединен с глушителем 35.

Змеевик 12 подогревателя 11 соединен с топливоподводящим трубопроводом 36, снабженным фильтром 37, имеющим невозвратный клапан 38, и подключенным к выходу 39 центробежного топливоподающего насоса 40, вал 41 которого связан с приводным электродвигателем 42, причем вход 43 насоса 40 соединен с топливным баком 44. Приводной валик 26 кинематически связан также с тяговым реле 45, которое вместе с приводным электродвигателем 42 и электрическим пусковым подогревателем подключено при помощи питающих цепей 46 к выключателю замка зажигания (не изображен) .

Работа системы питания происходит следующим образом.

При пуске двигателя выключатель замка зажигания устанавливают в первое положение, при котором ток по питающим цепям 46 подается к приводному электродвигателю 42 и электрическому пусковому подогревателю 34, а к тяговому реле 45 не подается, в связи с чем дроссельная заслонка 3 и клапан 8 закрыты, причем дроссельная заслонка находится в отпущенном положении, а регулирующая заслонка - в положении закрытия под воздействием имеющейся в сервоприводе 20 установочной пружины Работающий центробежный топливоподающий насос 40, работающий практически на нулевой производительности (невозвратный клапан 38 открыт), за быстрое время создает в испарителе давление, которое он имеет на выходе при нулевой производительности. При этом имеющееся в выходной камере 10 испарителя незначительное количество топлива (бензина) нагревается от электрического пускового подогревателя 34, питае.мого в это время током. Нагрев топлива происходит с высокой скоростью, так как рассеивание тепла от этой массы топлива незначительно вследствие малого коэффициента теплопроводности топлива, в связи с чем топливо, находящееся в змеевике 12, не нагревается (конвективного переноса тенла также не происходит, так как выходная камера 10 расположена выще змеевика 12). Быстрому нагреву также способствует малая теплоемкость топлива. После заданной выдержки времени, зависящей от температуры окружающей атмосферы, выключатель замка зажигания переводят во второе положение, при котором одновременно включаются тяговое реле 45 и стартер (не изображен) двигателя, а подогреватель 34 выключается.

Причем насос 40 продолжает работать при нулевой производительности, но невозвратный клапан 38 переходит в закрытое положение вследствие повышения давления в испарителе из-за расширения нагретого топлива. Получив питание, тяговое реле 45 поворачивает приводной валик 26 на заданный угол, а стартер начинает поворачивать вал двигателя, создавая разрежение в диффузоре 4 впускного трубопровода 1. При этом дроссельная заслонка 3 остается в положении закрытия, а клапан 8 приоткрывается под воздействием одного из кулачков 25 и приводного рычага 24 на заданную величину, причем в зависимости от температуры окружаюш,ей среды рычагом ручного управления обечайка 29 установлена в положение, обеспечиваюшее заданное перекрытие воздушных каналов 28. Так как клапан 8 приоткрывается, то сжатое и нагретое топливо через образовавшуюся ш,ель начинает истекать из выходной камеры 10 испарителя (с большим дросселированием) с высокой скоростью и со значительным понижением давления до величины давления в диффузоре. При таком истечении происходит самовскипание нагретого топлива с последующим парообразованием. При этом вследствие подсоса воздуха через воздушные каналы 28 происходит смешение паров топлива с эжек- тируемым через них воздухом с образованием горючей смеси, движущейся с большой скоростью по топливопроводу 6 к распылителю 5, причем на выходе последнего этот поток горючей смеси отклоняется вниз ко- зырьковым обтекателем 32 в сторону к рабочим камерам цилиндров двигателя. Обусловленные большой скоростью турбулентные пульсации, будучи направленные поперек потока смеси, обеспечивают равномерное перемешивание топлива и воздуха. Этому способствует обмен количеством движения между быстродвижущимися парами топлива с поступающим через воздушные каналы 28 воздухом, начальная скорость которого при смешении мала. Дополнительное вихреобра- зование обеспечивает козырьковый обтекатель 32, искривл яющий траекторию движения потока смеси. Происходящее при этом восстановление давления продолжается при уменьшении скорости потока в расширяющейся части диффузора 4. В связи с этим наполнение цилинров двигателя горючей смесью происходит при несколько возросшем давлении, что увеличивает массу зарядов, поступающих в рабочие камеры цилиндров. В связи с этим достигается надежный пуск двигателя, после чего стартер выключается из работы.

После пуска двигателя частота вращения последнего возрастает, так как он осуществляется при богатой смеси, а рычагом ручного управления обечайку 29 перемещают в сторону увеличения проходных сечений кана0

лов 28, через которые в увеличенном количестве начинает поступать воздух, препятствующий переобогащению горючей с.меси. От работающего двигателя отработавн1ие 5 газы начинают поступать от выхлопного трубопровода 14 в обогатительную камеру 13, нагревая топливо, находящееся в змеевике 12, причем через последний начинается проток топлива, обусловленный снижением давления в выходной камере 10 вследствие открытия клапана 8. Легкие фракции топлива с наиболее низкой температурой кипения быстрее остальных приближаются к состоянию насыщения. Частичный их переход в пар, имеющий удельный объем выще по

5 сравнению с жидкой фазой, приводя к росту давления, в зависимости от -интенсивности подвода тепла к топливу может вызвать закрытие невозвратного клапана 38. В отсеченной этим клапаном части тракта движения топлива давление является сложной

0 функцией двух аргументов: скорости истечения топлива через клапан 8, величина кото- - рой увеличивается с ростом давления в выходной камере 10, и скорости образования паровых пузырьков, интенсивному образова нию которых давление является препятствием, так как при повышении давления температура кипения любой жидкости возрастает. Поэтому поведение невозвратного клапана 38 определяется знаком рассогласования между этими скоростями в зависимости

0 от интенсивности подвода тепла к топливу от отработавших газов и открытия клапана 8 дозатора. Интенсивность подвода тепла изменяется регулирующей заслонкой 18, распределяющей поток отработавших газов через обогревательную камеру 13 и обводной

5 патрубок 17. При увеличении давления в выходной камере 10 давление в рабочей камере 21 сервопривода 20 увеличивается и последний, преодолевая натяг установочной пружины, поворачивает регулирующую заслонку в сторону открытия, увеличивая расход отработавших газов через обводной патрубок 17, уменьшая расход отработавших газов через обогревательную камеру 13. При снижении давления процесс идет в обратном направлении. По мере движения

5 топлива по змеевику 12 топливо контактирует с поверхностью последнего, имеющей возрастающую температуру, в связи с чем к состоянию насыщения приближаются, все боле тяжелые фракции с возрастающей температурой кипения. Так как в змеевике под0 держивается избыточное давление, то топливо нагревается в ней до температуры, зн а- чительно превышающей температуру кипения его наиболее тяжелых фракций при промежуточном давлении, которое имеется в сопле Лаваля 7, т. е. основная масса жидкого

топлива в испарителе оказывается перегретой по отношению к этому давлению. К тому же подвод тепла к этой массе топлива не прекращается и в выходной камере 10, которая снизу омывается наиболее горячими отработавшими газами. Натягом установочной пружины сервопривода 20 и характеристикой центробежного топливоподающего насоса 40 согласовывают расход топлива через змеевик 12 и подвод тепла от отработавших газов таким образом, чтобы при номинальной нагрузке двигателя, т. е. при максимальном расходе топлива, дросселирование последнего приводило к парообразованию всех его частиц, включая наиболее тяжелые фракции. Этим достигается непрерывная циркуляция топлива, стабилизирующая режим работы насоса 40, вследствие чего закрытие невозвратного клапана может быть вызвано только тепловой инерцией испарителя и неравномерностью работы сервопривода 20 при переходных режимах. По мере прогрева двигателя увеличением проходных сечений воздушных каналов 28 обеспечивают снижение частоты вращения вала до малых оборотов холостого хода, т. е. двигатель может работать на нагрузочных режимах.

При работе двигателя на нагрузочных режимах педалью акселератора через приводной валик 26 открывают дроссельную заслонку 3, одновременно происходит увеличение открытия клапана 8. Поток воздуха в количестве, определяемом положением дроссельной заслонки 3, движется по впускному трубопроводу 1, и, проходя через узкое сечение диффузора 4, дополнительно перекрытое козырьковым обтекателем 32, ускоряется, образуя вихри при обтекании последнего, а также приводного валика рычага 24 клапана 8. При взаимодействии со струей горючей смеси, выходящей из распылителя 5, эти вихри приводят к интенсивному перемешиванию воздуха с парами топлива. Конденсация последнего не происходит при таком перемешивании, так как подавляюш,ая масса топлива находится в состоянии перегретого пара (наиболее тяжелые фракции топлива также не конденсируются из-за движения потока к распылителю 5 с высокой скоростью). Этому также способствует поддержание температурь всасываемого воздуха в заданных пределах, независимо от окружающей среды, например, забором воздуха от нагретых элементов двигателя (конденсации также препятствует плохой теплообмен между парами топлива и воздухом). Окончательное перемешивание топлива и воз.цуха происходит на выходе диффузора 4 при помощи лопастного ротора 33, вращающегося под воздействием набегающего потока смеси, вследствие чего образуется гомогенная топливо-воздушная смесь, направляемая в цилиндры двигателя для сжигания и совершения работы. Кулачковый привод дроссельной заслонки 3 обеспечивает требуемые законы изменения расходов воздуха и топлива, чем достигается подача смеси.

имеющей состав, необходимый для соответствующего нагрузочного режима раоты двигателя. Причем на режиме полной нагрузки наибольшее вихреобразование способствует

образованию обогащенной смеси, требующейся при этом режиме, а на частичных нагрузках турбулизация воздуха при обтекании дроссельной заслонки 3 способствует обеднению приготавливаемой смеси, в связи с чем улучшаются условия смесеобразования, а так как в системе отсутствуют дозирующие элементы с малыми проходными отверстиями, то она имеет высокую надежность работы.

.15

Формула изобретения

1.Система питания для двигателя внутреннего сгорания, содержащая впускной трубопровод с топливоподающим распылителем и дроссельной заслонкой, имеющей приводной рычаг, кинематически связанный с педалью акселератора, соединенный с распылителем топливопровод, снабженный дозатором, выполненным с регулирующим органом и приводным рычагом и подключенным к выходной камере топливного испарителя, имеющего подогреватель, выполненный в виде змеевика, расположенного в обогревательной камере, снабженной входным и выходным патрубками для отработавших газов

подаваемых от выхлопного трубопровода, и соединенного с топливоподводящим трубопроводом, подключенным к выходу топливоподающего насоса, и электрической пусковой подогреватель, отличающаяся тем, что, с целью улучшения смесеобразования и повышения надежности работы, дозатор выполнен в виде сопла Лаваля, а его регули- РУЮП.1ИЙ орган - в виде клапана, расположенного по оси сопла Лаваля и продольно подвижного относительно горловины последнего, а топливоподводящий трубопровод

снабжен обратны.м клапаном, причем подогреватель выполнен противоточным.

2.Система по п. 2, отличающаяся тем, что выхлопной трубопровод снабжен обводным патрубком с расположенной в нем регулирующей заслонкой, а обогревательная камера соединена с выхлопным трубопроводом параллельно обводному патрубку и выполнена цилиндрической, причем входной патрубок обогревательной камеры выполнен тангенциальным, а выходной -

осевым.

3.Система по пп. I и 2, отличающаяся тем, что регулирующая заслонка обводного патрубка снабжена сервоприводом, рабочая камера которого подключена к выходной камере топливного испарителя.

4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что дроссельная заслонка установлена во впускном трубопроводе до топливоподающего распылителя относительно потока воздуха,

а кинематическая цепь от педали акселератора имеет поворотный приводной валик, снабженный двумя профилированными кулачками, контактирующими с приводными рычагами, соответственно, дроссельной заслонки и дозатора.

5.Система по п. 1, отличающаяся тем, что в зоне горловины сопла Лаваля дозатора выполнены воздушные каналы, а дозатор снабжен подвижной обечайкой, имеющей проходные каналы, выполненные ответными воздушным каналам, и рычаг ручного управления.

6.Система по пп. 1 и 5, отличающаяся тем, что впускной трубопровод снабжен диффузором, на входном участке которого

размещен топливоподающий распылитель, снабженный козырьковым обтекателем, расположенным в проточной части диффузора.

7.Система по п. б, отличающаяся тем, что на выходе диффузора установлен вращаемый потоком лопастной ротор.

8.Система по п. 1, отличающаяся тем, что топливоподающий насос выполнен центробежным и снабжен приводным электродвигателем.

9.Система по пп. 1 и 3, отличающаяся тем, что электрический пусковой подогреватель установлен на выходной камере топливного испарителя.

10.Система по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что выходной патрубок обогревательной камеры сообщен с атмосферой.

Изобретение относится к двигателе- строению и позволяет улучшить смесеобразование и повысить надежность работы путем исключения дозирующих элементов с малыми проходными сечениями. Система содержит впускной трубопровод 1 с фильтром 2, дроссельной заслонкой 3 и диффузором 4. На входном участке последнего размещен топливоподающий распылитель 5, к которому подсоединен топливопровод с дозатором в виде сопла Лаваля 7 и регулирующим органом в виде клапана 8. К дозатору подключена выходная камера 10 топливного испарителя. Топливопровод снабжен обратным клапаном. Подогреватель 11 выполнен противоточным. На режиме полной нагрузки происходит наибольшее вихреоб- разование, способствующее образованию обогащенной смеси на этом режиме, а на частичных нагрузках турбулизация воздуха при обтекании дроссельной заслонки 3 способствует обеднению приготовленной смеси. 9 3. п. ф-лы, 3 ил. (Л v 2 20 to CD со со 05

фц.З