Система питания автомобильного двигателя внутреннего сгорания сжиженным газом Советский патент 1992 года по МПК F02M21/02 

со

с

Использование: автомобильная техника, в частности системы питания газобаллонных автомобилей. Сущность изобретения: система питания содержит газовый баллон с наполнительным вентилем, расходными вентилями и запорным электромагнитным клапаном, испаритель газа, фильтр, стабилизатор давления газа, газовую магистраль с запорным электромагнитным клапаном и двумя каналами для дозирования газа в двигатель: канал, содержащий регулятор давления газа и пневмоуп- равляемый дроссель для дозирования газа в двигатель на основных режимах, и канал с дросселем холостого хода для дозирования газа в двигателе на холостом ходу, элементы аварийной защиты: реле давления, реле вакуума и реле максимальных оборотов и элементы управления системой; замок зажигания И пусковая кнопка. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к автомобильной технике, в частности к системам питания газобаллонных автомобилей, и предназначено для питания двигателей внутреннего сгорания (ДВС) сжиженным газом, преимущественно автомобильных с искровым зажиганием. Кроме того, оно может быть использовано в системах питания двухтопливных ДВС, работающих на двух видах топлива - бензине с карбюраторным смесеобразованием и газообразном, и газодизеле.

Известны системы.питания сжиженным газом одно- и двухтопливных автомобильных ДВС, содержащие газовый баллон с на пол нительно-расхоДнойи

контрольно-предохранительной арматурой, фильтр и испаритель газа, приборы дозирования газа в ДВС, элементы аварийной защиты, перекрывающие магистраль подвода газа, и газовый баллон при непредвиденных

остановках ДВС или обрыве газопровода. В состав системы двухтопливных ДВС входит также устройство для отключения подачи бензина в карбюратор при переходе на работу на газовом топливе. Дозирование газа в этих системах осуществляется в функции разрежения во впускном тракте ДВС с помощью диафрагменно-рычажных газовых редукторов, а в отдельных конструкциях - в сочетании с изменением проходного сечения дозатора газа, кинематически связанного с механизмом управления дроссельной заслонкой карбюратора (газового смесителя). Приборы дозирования снабжены пусковым и экономайзерным устройствами, которые обеспечивают обогащение поступающей в ДВС газовоздушной смеси на режимах холодного пуска и перегрузках.

К недостаткам известных систем питания ДВС сжиженным газом относятся неXJ00

ь

VJ

.N О

возможность обеспечить оптимальный состав газовоздушной смеси при изменении режимов работы ДВС, обусловленная принципом дозирования газа и высокой инерци- онностью диафрагмеино-рычажных газовых редукторов, невозможность обеспечить надежный пуск холодного ДВС и его устойчивую работу после пуска из-за отсутствий в пусковом устройстве механизма, по- зволЯющего плавно изменять количество поступающего в ДВС газа в зависимости от температуры окружающей среды итеплопо- го состояния двигателя. Кроме того, элементы аварийной защиты известных систем не обеспечивают перекрытия газового баллона в случае разрушения газопроводов на режимах принудительного холостого хода, например при движении автомобиля под уклон, что снижает эксплуатационную безопасность системы. К недостаткам известных систем также относятся высокие массогабаритные показатели приборов дозирования, наличие в них резиновых диафрагм снижает их надежность работу и срок службы, они недостаточно приспособлены для установки на находящиеся в эксплуатации бензиновые модели автомобилей без замены или сложной передёЖи Штатных приборов питания.

Целью изобретения является улучшение топливной экономичности, пусковых и динамических качеств ДВС и повышение эксплуатационной безопасности системы.

Указанная цель достигается тем, что система питания автомобильного ДВС сжиженным газом содержит газовый баллон с наполнительно-расходной арматурой и запорным электромагнитным клапаном, испа- ритель и фильтр газа, стабилизатор давления газа, газовую магистраль с запорным электромагнитным клапаном и двумя параллельными каналами для дозирования газа в ДВС на основных режимах и на холостом ходу, элементы аварийной защиты и элементы управления системой.

На фиг.1 приведена принципиальная схема системы питания автомобильного ДВС сжиженным газом; на фиг.2 - электрическая схема цепи управления системой с элементами аварийной защиты; на фиг.З - конструктивная схема пневмоуправляемого дроссели.-

Система питания содержит газовый баллон 1 с наполнительным вентилем 2, расходными вентилями 3 и запорным электромагнитным клапаном 4, испаритель 5 газа, фильтр 6, стабилизатор 7 давления газа, газовую магистраль 8 с запорным электромагнитным клапаном 9 и двумя каналами для дозирования газа в ДВС: канал 10, содержащий регулятор 11 давления газа (редукционный сипьфонный клапан и пневмоуправляе- мый дроссель 12 для дозирования газа в ДВС на основных режимах, и канал 13 с

дросселем 14 холостого хода для дозирования газа в ДВС на холостом ходу, элементы аварийной защиты; реле давления 15, реле вакуума 16 и реле максимальных оборотов 17 и элементы управления системой; замок

0 зажигания 18 и пусковая кнопка 19 (фиг.2). Регулятор 11 давления газа, управляемый через толкатель 20 и пружину 21 от педали 22 акселератора, и пневмоуправляе- мый дроссель 12 последовательно соедине5 ны газопроводами 23 с газовой магистралью 8, между собой и с воздушной камерой 24 карбюратора 25. Дроссельная заслонка 26 карбюратора через звенья 27 и 28 связана с педалью 22 акселератора.

0 Дроссель 14 холостого хода, имеющий устройство 29 (винт холостого хода) для регулировки его проходного сечения, которое кинематически связано с механизмом 30 управления воздушной заслонкой 31 карбюра5 тора, соединен газопроводами 23 с газовой магистралью 8 и с поддроссельной камерой 32 карбюратора. Механизм 30 тягой 33 связан со штатным приводом (на фиг.1 не показан) воздушной заслонки, размещенным в

0 кабине автомобиля.

Реле давления 15 с нормально открытыми контактами 34 и реле вакуума 16 также с нормально открытыми контактами 35 сообщаются соответственно с газопроводом 23

Питание запорных электромагнитных

клапанов 4 и 9 осуществляется от источника

40 электрического тока автомобиля (фиг.2)

через замок зажигания 18 и пусковую кноп5 ку 19 или контакты 34, 38 и 35 элементов аварийной защиты системы.

Пневмоуправляемый дроссель 12 содержит (фиг.З) входную полость 41, в которой размещен нагруженный с внутренней

0 стороны пружиной 42 металлический сильфон 43 с иглой 44 и штоком 45, на конце

которого навинчены гайки 46, и выходную

полость 47, в которой установлен жиклер 48.

Полости 41 и 47 газопроводами 23 сое5 динены соответственно (фиг,1) с регулятором 11 давления газа и с воздушной камерой 24 карбюратора. Игла 44 и пружина 42, затяжка которой производится резьбовой втулкой 49 являются регулирующими элементами пневмоуправляемого дросселя

Регулятор 11 давления газа известной конструкции с плоским обрезиненным клапаном имеет в качестве мембраны металлический сильфом, который нагружен с внешней стороны давлением газа, а с внутренней пружиной 21, усилие которой зависит от положения педали 22 акселератора. Наружный диаметр металлического сильфона должен быть не более 25 мм, что обуслав- ливает низкие значения усилий, прикладываемых к педали акселератора при ее перемещении.

Педаль 22 акселератора, регулятор 11 давления газа и пневмоуправляемый дроссель 12 образуют следящий пневмопривод, входным параметром которого является положение педали акселератора, а выходными параметрами - давление газа и проходное сечение для газа, определяющие его расход в ДВС.

Система питания работает следующим образом.

Для заполнения системы газом открывают расходный вентиль 3 жидкой или паровой фазы газа, включают замок зажигания 18 и кратковременно (на 1,5-2 с) нажимают на пусковую кнопку 19, обеспечивая тем самым подключение запорных электромагнитных клапанов 4 и 9 к источнику 40 питания.

К приборам дозирования газ поступает через открытые расходный вентиль и электромагнитные клапаны из баллона 1 по газо- проводам 23, переходя из жидкого состояния в газообразное в испарителе 5, очищаясь от загрязняющих частиц в фильтре 6, понижая и стабилизируя свое давление в стабилизаторе 7 давления газа до заданной величины, обычно до 0,18-0,22 МПа. Под действием возникшего при заполнении системы давления газа контакты 34 реле давления 15 замыкаются, оставаясь в замкнутом состоянии до значения давления в газопроводе 23, равном 0,02-0,03 МПа.

При неработающем двигателе и отпущенной пусковой кнопке 19 в результате разрыва цепи питания электромагнитных клапанов поступление газа к приборам дозирования прекращается.

При проворачивании коленчатого вала двигателя при его запуске возникающее во впускном коллекторе 36 разрежение замыкает контакты 35 реле вакуума 16, вновь подключая электромагнитные клапаны к источнику 40 питания через замкнутые контакты 34 и 38 реле давления 15 и реле

максимальных оборотов 17, в результате чего поступление газа к приборам дозирования возобновляется. Процессы заполнения системы газом и запуска ДВС могут быть 5 совмещены.

При отпущенной педали 22 акселератора дозирование газа в ДВС осуществляется только через дроссель 14 холостого хода, проходное сечение которого отрегулирова0 но на устойчивую работу прогретого ДВС на холостом ходу. Регулировку проходного сечения выполняют с помощью устройства 29, предварительно отсоединив его от механизма 30 управления воздушной заслонкой 31

5 карбюратора 25.

Для обогащения газовоздушной смеси при запуске и прогреве холодного двигателя проходное сечение дросселя 14 холостого хода дополнительно увеличивают штатным

0 приводом из кабины автомобиля, тяга 33 которого связана с механизмом управления воздушной заслонкой 31 карбюратора Степень прикрытия воздушной заслонки в зависимости от температуры окружающей

5 среды примерно такая же, как и при запуске двигателя на бензине с карбюраторным смесеобразованием.

Дозирование газа в ДВС на основных режимах его работы обеспечивают регуля0 тор 11 давления газа и пневмоуправляемый дроссель 12 совместное дросселем 14 холостого хода, причем количество поступающего в ДВС газа зависит от положения педали 22 акселератора.

5 При нажатии на педаль под действием

возрастающего усилия пружины 21 клапан

.регулятора 11 давления газа открывается,

обеспечивая доступ газа к пневмоуправляемому дросселю 12. Возникающее при этом

0 в его входной полости 41 (фиг.З) давление газа, преодолевая усилие пружины 42, сжимает сильфон 43, игла 44 которого, перемещаясь, увеличивает проходное сечение для газа. Это же давление газа одновременно

5 сжимает и сильфон регулятора 11 давления газа, уменьшая его проходное сечение и ограничивая тем самым расход газа в ДВС, Количество газовоздушной смеси и ее состав, образующиеся на основных режимах

0 работы ДВС и определяющие его мощност- ные и экономические показатели зависят от расхода газа и воздуха.

Расход газа в ДВС для данной конструк- 5 ции приборов дозирования однозначно определяется положением педали 22 акселератора. Расход же воздуха - положением педали акселератора (дроссельной за слонки 26) и скоростным режимом работы ДВС чем больше угол открытия дроссельной заслонки и выше скоростной режим, тем больше расход воздуха, и наоборот.

При фиксированном положении педали акселератора, а следовательно, и дроссельной заслонки повышение частоты вращения коленчатого зала ДВС, вызванное снижением внешней нагрузки на автомобиль, вызывает обеднение газовоздушной смеси, так как при сохранении расхода газа расход воздуха в ДВС с ростом частоты вращения увеличивается. Возрастание внешней нагрузки на автомобиль, наоборот, вызывает обогащение газовоздушной смеси, так как скоростной режим ДВС снижается.

Таким образом, происходит саморегулирование состава поступающей в ДВС газовоздушной смеси в зависимости от внешней нагрузки на автомобиль при неизменном положении педали акселератора, что весьма благоприятно влияет на динамические качества и топливную экономичность ДВС.

На режиме разгона автомобиля в начальный его момент, когда частота вращения коленчатого вала еще низка, а педаль 22 акселератора выжата до отказа, в ДВС поступает богатая смесь, обеспечивая получе- ние в его цилиндрах максимальной мощности, в результате чего время разгона автомобиля сокращается.

Плавный переход ДВС с режима холостого хода к малым нагрузкам обеспечивает начальное проходное сечение пневмоуп- равляемого дросселя 12, которое устанавливается перемеа ением иглы 44 относительно жиклера 48 (фиг.З) путем навинчивания гаек 46 на шток 45. На средних и полных нагрузках необходимое проходное сечение устанавливается под действием давления газа в газопроводе 23 за регулятором 11 давления газа при перемещении педали акселератора автоматически. Необходимый закон изменения проходного сечения пневмоуправляемого дросселя 12 на средних и полных нагрузках, по которому совместно с работой регулятора 11 давления газа создаются оптимальные по мощностно-экономическим показателям условия Эксплуатации ДВС, для каждого конкретного ДВС находят экспериментально.

Для этого на испытательном стенде снимают регулировочные характеристики ДВС по составу газовоздушной смеси при различных постоянных положениях дроссельной заслонки 26 и частотах вращения коленчатого вала. Испытания проводят в комплекте с прбтарированным по проходному сечению дросселем переменного сечения и регулятором 11 давления газа, у

которого передаточное отношение к дроссельной заслонке должно быть таким же, как и на автомобиле.

Полученная экспериментальная зависимость проходного сечения дросселя от величины сжатия пружины 21 используется для подбора параметров иглы 44 и пружины 42 пневмоуправляемого дросселя 12. Параметры этих элементов должны обеспечивать

0 при совместной работе с регулятором 11 давления газа требуемый закон изменения проходного сечения для газа, т.е. удовлетворять экспериментальной зависимости. Наилучшим образом это достигается путем

5 профилирования иглы 44 в сочетании с переменной жесткостью пружины 42.

При непредвиденных остановках ДВС или при частотах вращения коленчатого вала выше максимальных, или при обрыве га0 зопроводов соответствующие элементы аварийной защиты системы разрывают цепь питания электромагнитных клапанов 4 и 9, которые перекрывают газовый баллон 1 и газовую магистраль 8. Выключение зажи5 гания приводит к остановке ДВС и к автоматическому прекращению поступления газа к приборам дозирования.

Наличие в системе аварийной защиты системы питания дополнительно реле дав0 ления 15 повышает эксплуатационную безопасность в условиях пересеченной местности с затяжными уклонами. В случае обрыва газопроводов при движении автомобиля под уклон реле давления 15 разо5 мкнет цепь питания электромагнитных клапанов 4 и 9, хотя реле вакуума 16 и находится в замкнутом состоянии, так как под действием сил инерции движущегося под уклон автомобиля ДВС работает на режиме

0 принудительного холостого хода.

Формула изобретения 1. Система питания автомобильного двигателя внутреннего сгорания сжиженным газом, содержащая газовый баллон с

5 наполнительно-расходной арматурой и запорным электромагнитным клапаном, испа- ритель и фильтр газа, стабилизатор давления газа, газовую магистраль с запорным электромагнитным клапаном, системы

0 аварийной защиты и управления, канал для дозирования газа на холостом ходу, содержащий дроссель холостого хода с устройством для регулировки его проходного сечения, который соединен газопроводами

5 с газовой магистралью и с поддроссельной камерой карбюратора, и канал для дозирования газа в двигатель на основных режимах, содержащий регулятор давления газа и дроссель основных режимов, причем регулятор давления газа связан с педалью зкселератора, регулятор давления газа и дроссель основных режимов последовательно соединены с газовой магистралью, между собой и с входным патрубком карбюратора, отличающаяся тем, что, с целью улучшения топливной экономичности, пусковых и динамических качеств двигателя и повышения эксплуатационной безопасности системы, дроссель основных режимов выполнен пневмоуправляемым, снабжен

0

профилированной иглой, нагруженной пружиной переменной жесткости.

i

/

/J

16

/7

ФигЛ

C

18

;

jaT

-o o19

J 38 35

23 47 f

ФигЗ

19

trn

Йл.2

50

#

}j