Двигатель внутреннего сгорания Советский патент 1992 года по МПК F02M25/02 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению и может быть использовано в уст ройствах для впрыска различных эмульсий, например, водотопливной эмульсии во впускной тракт двигателя внутреннего сгорания.

Известно устройство для подготовки водотопливной эмульсии, содержащее топли- воподкачивающий насос, топливную и водяную магистраль, автоматический регулирующий клапан воды, ротаметр, электромагнитный клапан, установленный в водяной магистрали, диспергатор и эмульгатор, включающий статор с двумя входами и одним выходом жидкости и расположенный внутри статора ротор с несколькими перфорированными дисками,

Названное устройство не обеспечивает необходимое диспергирование воды с топливом для получения гомогенной топливной смеси в результате нестабильности оборотов ротора при подаче воды. Кроме того, устройство обладает инерционностью подвижного ротора в процессе приготовления диспергированной водотопливной смеси, что не обеспечивает гомогенность смеси на различных режимах работы двигателя внутреннего сгорания.

На малых оборотах устройство для подготовки водотопливной эмульсии на выходе образует гетерогенную смесь с присутствием воды непосредственно во впускном тракте, что ведет к большой потере тепловой энергии на парообразование вследствие уменьшения температуры впускного тракта, а это приводит к конденсации топлива и его перерасходу. Кроме того, непосредственный впрыск жидкости, например, воды, во впускной тракт двигателя создает неблагоп- риятные условия для перемешивания жидкости с горючей смесью, что нарушает гомогенность горючей смеси, поэтому получаемая гетерогенная смесь горит неравномерно и это приводит к снижению мощности двигателя, образованию нагара в камере сгорания, перерасходу топлива.

Известен двигатель внутреннего сгорания содержащий карбюратор, снабженный дроссельной заслонкой и подключенный к впускному коллектору, источник присадки, соединенный с коллектором при помощи трубопровода и насоса, электродвигатель, связанный с насосом, блок управления, снабженный выходом, подключенным к электродвигателю и тремя входами, датчик температуры двигателя, соединенный с первым входом блока управления, датчик рассогласования открытия дроссельной заслонки и частоты вращения кривошипа двигателя, связанный с вторым входом блока

управления, датчик рассогласования частоты вращения кривошипа двигателя и частоты вращения трансмиссии ведущих колес, подключенный к третьему входу блока управления, датчик частоты вращения кривошипа и датчик частоты вращения трансмиссии ведущих колес.

Названная система не обеспечивает необходимого диспергирования воды с топли0 вом во впускном тракте, для получения гомогенной топливной смеси, в результате подачи воды независимо от топлива.

Система с электромеханическим приводом, регулирующим подачу воды во впуск5 ной тракт двигателя внутреннего сгорания, имеет инерционность, что приводит к несоответствию впрыска определенного количества воды с режимами работы двигателя во времени. В свою очередь это приводит к

0 перерасходу топлива и жидкости на нестационарных режимах и при работе двигателя на максимальных и минимальных нагрузках.

Непосредственный впрыск присадки

5 жидкости, например, воды, во впускной тракт двигателя создает неблагоприятные условия для перемешивания жидкости с горючей смесью, что нарушает гомогенность горючей смеси, а это приводит к снижению

0 мощности двигателя, образованию нагара в камере сгорания и перерасходу горючего.

Целью изобретения является получение гомогенной водотопливной эмульсии на всех двигателя и снижение расхода топлива

5 и присадки.

Поставленная цель достигается тем, что в известный двигатель внутреннего сгорания, содержащий карбюратор или топливный насос высокого давления с органами

0 управления, подключенный к впускному коллектору, источник присадки с трубопроводом, водяной насос, электродвигатель, блок управления, снабженный выходами и тремя входами, датчик температуры двига5 теля, соединенный с первым входом блока управления, датчик рассогласования открытия дроссельной заслонки или рейки топливного насоса высокого давления и частоты вращения кривошипа двигателя,

0 связанного со вторым входом блока управления, датчик рассогласования частоты вращения кривошипа двигателя и частоты вращения трансмиссии ведущих колес, подключенный к третьему входу блока управле5 ния, датчик частоты вращения кривошипа двигателя и датчик частоты вращения трансмиссии ведущих колес, введен турбулентный эмульгатор с электромеханическим приводом, первый вход которого через управляемый электромагнитный клапан и водяной насос с первым перепускным клапаном подключен к резервуару с присадкой, второй вход подключен через топливный насос со вторым перепускным клапаном к резервуару с топливом, третий и чевертый входы подключены через третий перепускной клапан к воздушному фильтру, причем, управляемый электромагнитный клапан электрически подключен к выходу блока управления, а выход турбулентного эмульгатора подключен через управляемый клапан, который кинематически связан с органом управления подачей топлива ко входу карбюратора или топливного насоса высокого давления.

Турбулентный эмульгатор состоит из герметичного корпуса с разъемным соединением и четырех входных штуцеров, с аксиальными каналами, первый - для подвода присадки, второй для подвода топлива, третий и четвертый - для подвода воздуха, а выходной штуцер для отвода эмульсии, в стенках корпуса выполнены радиальные каналы, соединенные с аксиальными каналами, выходящими внутрь корпуса, где- соосно установлены две турбины с противоположно ориентированными лопастями, каждая из которых кинематически связана с одним из валов двух оппозитных электродвигателей, жестко закрепленных на корпусе турбулентного эмульгатора, в котором установлены самоподжимные манжеты валов электродвигателей, а в разъемном соединении корпуса установлен пакет регулировочных прокладок оптимального зазора между турбинами и уплотнения разъемного соединения корпуса.

Блок управления состоит из трех последовательно включенных тиристоров, снабженных управляющими электродами и трех усилителей, управляющий электрод первого тиристора подключен к первому входу блока управления, выходы первого и второго усилителей подключены к управляющему электроду второго тиристора, разнополяр- ные входы этих усилителей соединены между собой и подключены ко второму входу блока управления, выход третьего усилителя соединен с управляющим электродом третьего тиристора, а разнополярные входы этого усилителя подключены к третьему входу блока управления.

Применение турбулентного эмульгатора с электромеханическим приводом, первый вход которого через управляемый электромагнитный клапан и водяной насос, с первым перепускным клапаном, подключен к резервуару с присадкой, второй вход подключен через топливный насос со вторым перепускным клапаном к резервуару с

топливом, третий и четвертый входы подключены через третий перепускной клапан к воздушному фильтру, причем, управляемый электромагнитный клапан электрически подключен к выходу блока управления, а выход турбулентного эмульгатора подключен через управляемый клапан, который кинематически связан с органом управления подачей топлива, к входу карбюратора или

0 топливного насоса высокого давления, позволяет автоматически изменять количество и состав эмульсии, вводимой в цилиндры двигателя в зависимости от режима работы и обеспечивает необходимое диспергирова5 ние воды с топливом для получения гомогенной топливной смеси, не снижает быстродействие привода в системе питания двигателя и привода регулирующего подачу эмульсии во впускной тракт, уменьшает по0 тери энергии на парообразование, что не снижает температуру впускного тракта и не приводит к конденсации топлива и его перерасходу.

На фиг.1 показана принципиальная схе5 ма устройства; на фиг.2 показана кинематическая схема турбулентного эмульгатора; на фиг.З показана принципиальная схема блока управления.

Устройство состоит из резервуара 1 с

0 присадкой, например, водой, который через трубопровод 2 подключен к водяному насосу 3 с первым перепускным клапаном 4. Водяной насос 3 через трубопровод 5 подключен к управляемому электромагнитному

5 клапану 6, электрически подключенному к выходу блока управления 7. Управляемый электромагнитный клапан 6 через трубопровод 8 подключен к первому входу турбулентного эмульгатора 9, ко второму входу

0 которого через трубопровод 10 и топливный насос 11 со вторым перепускным клапаном 12 и трубопровод 13 подключен резервуар 14 с топливом. К третьему и четвертому входу турбулентного эмульгатора 9 через тру5 бопроводы 15 и 16с третьим перепускным клапаном 17 подключен воздушный фильтр 18. Выход турбулентного эмульгатора 9 подключен к управляемому клапану; кинематически связанному с органом управления 20

0 подачей топлива. Управляемый клапан 19 через трубопровод 21 подключен к входу карбюратора или топливного насоса высокого давления 22, снабженного дроссельной заслонкой или управляющей рейкой 23,

5 подключенного к впускному коллектору 24 и кинематически связанной с органом управления 20. Электродвигатели 25 и 26 турбулентного эмульгатора 9 и электродвигатель 27 водяного насоса 3 подключены через тумблер 28 к источнику тока +12 В. К первому

входу блока управления 7 подключен датчик 29 температуры двигателя, ко второму входу подключен датчик 30 рассогласования открытия дроссельной заслонки или рейкой 23 топливного насоса и частоты вращения кривошипа двигателя. К третьему входу блока управления 7 подключен датчик 31 рассогласования частоты вращения кривошипного двигателя и частоты вращения трансмиссии ведущих колес. Датчик 32 частоты вращения кривошипа двигателя одновременно подключен к датчикам 30 и 31, а датчик 33 частоты вращения трансмиссии ведущих колес подключен к датчику 31 блока управления 7.

Турбулентный эмульгатор, показанный на рис.2, состоит из герметичного разборного корпуса 34 с разьемным соединением 35 и имеет четыре входных штуцера 36, 37, 38, 39, Первый штуцер 36 предназначен для подвода присадки, например, воды, второй штуцер 37 для подвода топлива, например, бензина, третий и четвертый штуцера 38 и

39для подвода воздуха, а выходной штуцер

40для отвода эмульсии. В стенках корпуса 34 выполнены подводящие аксиальные каналы 41,42, 43,44, которые соединены радиальными каналами 45,46, 47,48 с входными штуцерами. В корпусе 1 соосно установлены турбины 49 и 50 с противоположно ориентированными лопастями, которые кинематически связаны, соответственно, с валами 51 и 52 оппозитных электродвигателей 25 и 26. Для обеспечения герметичности корпуса 34 в нем на валах 51 и 52 установлены самоподжимные манжеты 53 и 54, а в разъемном соединении 35 корпуса установлен пакет регулировочных прокладок 55, служащих для регулировки оптимального зазора 56 между турбинами 49 и 50 и для уплотнения разъемного соединения 35 с центрирующим кольцо 57 корпуса. Аксиальные каналы 41, 42, 43, 44 выходят внутрь корпуса 34 к турбинам 49 и 50. Блок управления 7, показанный на рис 3, состоит из трех последовательно включенных тиристоров 58, 59, 60, с управляемыми электродами 61, 62, 63, подключенными к датчику температуры 29 и к усилителям 64, 65, 66. Управляющий электрод 61 является первым входом блока управления 7, а управляющий электрод 62 тиристора 59 соединен с выходами усилителей 64, 65, разнополярные входы которых являются вторым входом блока управления.

Управляющий электрод 63 тиристора 60 подключен к выходу усилителя 66, входы которого являются третьим входом блока управления 7. Блок управления 7 снабжен также двумя потенциометрами 67, 68, регулирующими начальный ток тиристоров 59 и 60. К первому входу блока управления 7

подключен датчик температуры 29, выполненный на терморезисторе, установленном на впускном коллекторе 24, Ко второму входу блока управления 7 подключен датчик 30

рассогласования открытия дроссельной заслонки или рейки 23 топливного насоса высокого давления и частоты вращения кривошипа двигателя, выполненный по мостовой схеме на резисторах 69, 70 и потенциометрах 71 и 72. Движок потенциометра 71 кинематически связан с дроссельной заслонкой 23, которая имеет кинематическую связь с органом управления 20, а движок потенциометра 72 с датчиком 32 частоты

вращения кривошипа двигателя. К третьему входу блока управления 7 подключен датчик 31 рассогласования частоты вращения кривошипа и трансмиссии ведущих колес, выполненный по мостовой схеме на

резисторах 73 и 74 и потенциометрах 75 и 76. Движок потенциометра 75 кинематически связан сдатчиком 32 частоты вращения кривошипа, а движок потенциометра 76 с датчиком 33 частоты вращения трансмиссии

ведущих колес. Выход блока управления 7 подключен к управляемому электромагнитному клапану 7, подсоединенному к турбулентному эмульгатору 9.

Устройство работает следующим образом.

Перед запуском двигателя водитель устанавливает тумблер 28 в замкнутое положение. Напряжение +12 В подается на

электродвигатели 25 и 26 турбулентного эмульгатора 9, на электродвигатель 27 водяного насоса 3, на блок управления 7.

На режиме запуска холодного двигателя и прогрева его до температуры 40-45°С

сопротивление датчика 29 температуры двигателя велико, поэтому ток от источника +12 В через блок управления 7 к управляемому электромагнитному клапану 6 не поступает, клапан 6 препятствует прохождению воды в турбулентный эмульгатор 9. Чистое топливо подается в турбулентный эмульгатор 9 топливным насосом 11 по трубопроводу 10. Двигатель быстро запускается, устойчиво работает на малых и средних

оборотах и быстро прогревается. При достижении температуры двигателя 40-45°С сопротивление датчика 29 температуры двигателя начинает постепенно уменьшаться, достигая минимума при температуре 100°С, что приводит к

увеличению тока через блокуправления 7 куправ- ляемому электромагнитному клапану 6. Через управляемый электромагнитный клапан 6 водяной насос 3 по трубопроводу 8 начинает подавать воду в турбулентный эмульгатор 9. одновременно по трубопроводу 10 в

турбулентный эмульгатор 9 поступает топливо.

Через штуцера 36 и 37 (см. фиг.2) и подводящие аксиальные каналы 41 и 42 в корпусе 34 турбулентного эмульгатора 9 топливо и вода поступают в зоны разряжения, образованные между турбинами 49, 50 и корпусом 34, а оттуда на лопасти турбин 49 и 50. Вследствие противоположной ориентации лопастей турбин 49 и 50 и их вращения в противоположные стороны электродвигателями 25 и 26, происходит увеличение относительных угловых скоростей лопаток турбин 49 и 50 по отношению друг к другу, что повышает смешивание струй воды и топлива и способствует улучшению гомогенности топливной эмульсии. Повышению гомогенности топливной эмульсии также способствует кавитация, особенно ярко выраженная на кромках лопастей 49 и 50, при которой происходит схлопывание пузырьков воздуха, участвующего в процессе кавитации. Для более бурного протекания процесса кавитации, а следовательно, повышения гомогенности топливной эмульсии, через штуцеры 39 и 38 и подводящие аксиальные каналы 43 и 44 в полость разряжения происходит подпитка воздухом из атмосферы, очищенного воздухоочистителем 18.

В зазоре 56 между турбинами 49 и 50 получается однородная гомогенная топливная смесь, которая под давлением, возникающим в зазоре между встречно направленными потоками турбин 49 и 50, подается в выходной штуцер 40.

Полученная гомогенная эмульсия из турбулентного эмульгатора 9 (см. фиг.1) по трубопроводу поступает на управляемый клапан 19, который дозирует количество топливной эмульсии в зависимости от положения органа 20 управления подачи топлива, что способствует снижению инерционности подачи топливной смеси в цилиндры двигателя и повышению точности дозировки.

На режиме работы двигателя с перегрузками возникает детонация и перерасход топлива, и для их снижения на этом режиме служит датчик 30 рассогласования величины открытия органа управления подачей топлива и частоты вращения кривошипа. Блок управления 7 увеличивает подачу воды через управляемый электромагнитный клапан 6 в турбулентный эмульгатор 9, что устраняет детонацию.

На режиме работы двигателя с низкими нагрузками или принудительно холостом ходу, когда дроссель 23 прикрыт больше, чем должно быть для данной частоты вращения кривошипа двигателя, наблюдается

сильный перерасход топлива. Для уменьшения перерасхода топлива на этом режиме также служит датчик 30 рассогласования величины открытия органа управления подачей топлива и частоты вращения кривошипа двигателя. Блок управления 7 увеличивает подачу воды через управляемый электромагнитный клапан 6 в турбулентный эмульгатор, что снижает расход топлива на этих

0 режимах.

Блок управления 7 также корректирует подачу воды в зависимости оттого, насколько правильно водитель пользуется переключением передач, что сильно влияет на

5 расход топлива. Например, водитель задерживался с переключением передачи при разгоне автомобиля или переключался на низкую передачу ранее времени при торможении, тогда двигатель начинает работать

0 на повышенных оборотах при низкой нагрузке, что ведет к перерасходу топлива. Для устранения перерасхода на данных режимах служит датчик 31 рассогласования частоты вращения кривошипа двигателя и

5 частоты вращения трансмиссии ведущих колес. Блок управления 7 увеличивает подачу воды через управляемый электромагнитный клапан 6 в турбулентный эмульгатор 9, что устраняет перерасход топлива и на этих ре0 жимах.

Перед длительной остановкой двигателя внутреннего сгорания, водитель заранее выключает тумблер 28, тогда электродвигатель 25, 26 27 и блок управления 7 выключаются.

5 Управляемый электромагнитный клапан 6 переключает подачу воды в турбулентный эмульгатор 9 из которого полностью вырабатывается остаток воднотопливной эмульсии. Таким образом, к моменту выключения

0 двигателя внутреннего сгорания в корпусе турбулентного эмульгатора 9 и в карбюраторе или топливном насосе 22 высокого давле- ния присутствует чистое топливо без присадка, что значительно улучшает после5 дующий запуск холодного двигателя. При кратковременной остановке двигателя внутреннего сгорания до 1,5-2 ч водотопливная эмульсия не успевает расслоиться на составляющие компоненты в карбюраторе

0 или топливном насосе 22 высокого давления, а двигатель не успевает остыть до температуры ниже 40-45°С, поэтому предварительное выключение тумблера 28 не производится, а все указанные энерго5 потребители+12 В включаются совместное выключением зажигания двигателя внутреннего сгорания.

Устройство прошло испытание на автомобиле ГАЗ-66, которые показали достижение цели изобретения, а имен но устойчивую

работу двигателя, высокую экономию воды и топлива, на всех режимах устранение детонации при перегрузках двигателя, более плавную или мягкую работу на всех режимах. Уменьшилось нагарообразование, причем не только на деталях цилиндропоршневой группы, но и на всем тракте выяуска отработавших газов, получена возможность применения низкооктанового бензина. Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я 1. Двигатель внутреннего сгорания преимущественно для автомобилей, содержащий карбюратор с дроссельной заслонкой или топливный насос высокого давления с рейкой, орган управления подачей горючей смеси, воздушный фильтр, кривошип, впускной коллектор, емкость с водой с трубопроводом, топливный насос низкого давления, емкость с топливом, водяной на-, сое, электродвигатель, блок управления, снабженный выходом и тремя входами, датчик температуры двигателя, соединенный с первым входом управления блока, датчик рассогласования открытия дроссельной заслонки карбюратора или рейки топливного насоса высокого давления и частоты вращения кривошипа, связанного с вторым входом блока управления, датчик рассогласования частоты вращения кривошипа и частоты вращения ведущих колес, подключенный к третьему входу блока управления, датчик частоты вращения кривошипа и датчик частоты вращения ведущих колес, причем орган управления связан с дроссельной заслонкой карбюратора или рейкой топливного насоса высокого давления, отличающийся тем, что, с целью экономии топлива и воды путем получения гомогенной водотопливной эмульсии, на нем установлен турбулентный эмульгатор с электромеханическим приводом, содержащий дополнительный оппозитный электро-, двигатель, четыре входа и один выход, управляемый электромагнитный клапан, причем на водяном насосе установлен первый перепускной клапан, а на топливном насосе низкого давления - второй перепускной клапан и перед третьим и четвертым входами установлен третий перепускной клапан, причем первый вход через управляемый электромагнитный клапан и водяной

насос с первым перепускным клапаном соединен с емкостью с водой, второй вход через топливный насос низкого давления с вторым перепускным клапаном соединен с емкостью с топливом, третий и четвертый

входы соединены через третий перепускной клапан с воздушным фильтром, а управляемый электромагнитный клапан электрически подключен к выходу блока управления, причем выход турбулентного эмульгатора

соединен трубопроводом с входом в карбюратор или топливный насос высокого давления, а в этом трубопроводе установлен управляемый клапан, кинематический связанный с органом управления.

2. Двигатель по п.1, от л и ч а ю щ и и с я тем, что турбулентный эмульгатор состоит из разъемного герметичного корпуса, четырех входных и одного выходного штуцеров, причем в корпусе выполнены аксиальные

каналы, соединенные на входе в них с входными штуцерами, первый штуцер-для подвода воды, второй для подвода топлива, третий и четвертый - для подвода воздуха, а выходной штуцер - для отвода эмульсии,

причем в корпусе выполнены радиальные каналы, соединенные с аксиальными каналами, выходы которых расположены внутри корпуса в зоне установки двух соосных турбин с противоположно ориентированными

лопатками, одна из которых кинематически связана с валом одного электродвигателя, а другая кинематически связана с валом дополнительного оппозитного электродвигателя, причем электродвигатели жестко

закреплены на корпусе турбулентного эмульгатора, а в последнем установлены самоподвижные манжеты валов электродвигателей, причем в разъемном соединении корпуса установлен пакет регулировочных

прокладок и уплотнение разъемного соединения корпуса.

J4 4tf 5ff 4-3

26

39

55 I- 35

37 43

55

Использование: двигателестроение, в частности впрыск различных эмульсий во впускной тракт двигателя внутреннего сгорания. Сущность изобретения: решается задача получения гомогенной водотопливной эмульсии на всех режимах работы двигателя и снижение расхода топлива и присадки. Двигатель содержит карбюратор или топливный насос (22) высокого давления с органом управления (20), подключенный к впускному коллектору (24), резервуар с присадкой (1) с трубопроводом (2), юдяной на- (Д/,-/ сое (3), электродвигатель (25), блок управления (7), снабженный выходом и тремя входами, датчик (29) температуры двигателя, датчик (30) рассогласования открытия дроссельной заслонки или рейки (23)топливного насоса высокого давления и частоты вращения кривошипа двигателя, датчик (31) рассогласования частоты вращения кривошипа двигателя и частоты вращения ведущих колес, датчик (32) частоты в ращения кривошипа двигателя и датчик (33) частоты вращения ведущих колес. Кроме того, имеется турбулентный эмульгатор (9) с приводом, входы которого подключены к резервуару (1) с присадкой, к резервуару

Редактор

33&г. З

Составитель А. Гладких Техред М.МоргенталКорректор

Фиг. 2

1

р

-Г28

Е. Папп