Система питания двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1993 года по МПК F02M13/08 

Изобретение относится к управлению и регулированию двигателей, работающих на нескольких видах топлива, и может быть использовано при проектировании и эксплуатации карбюраторных двигателей, работающих как на жидком, так и на газообразном топливе.

Целью изобретения является снижение токсичности выхлопных газов и повышение экономичности двигателя.

Предлагаемое изобретение основано на следующих физических аспектах.

При малых оборотах двигателя (холостой ход и малые нагрузки) степень сжатия горючей смеси составляет 4-5 атм (в качестве примера выбран двигатель автомобиля ВАЗ-2103 средней степени износа, работающий на бензине АН - 93; для нового такого двигателя степень сжатия может составлять 6-7 атм), что недостаточно для полного и качественного сгорания смеси. Газовая же смесь при такой степени сжатия сгорает почти полностью, выделяя при этом минимальное количество вредных веществ (процентное содержание угарного газа СО составляет в выхлопных газах всего 0,1 0,2%);

При повышении оборотов (средние и большие нагрузки) степень сжатия достигает 6 - 8 атм. Однако из-за небольшой скорости расширения газовой смеси при сгорании ее приходится обогащать (иначе мощность двигателя оказывается недоста- точной), в результате чего увеличивается процент токсичных веществ в выхлопных газах (до 6%).

Иначе говоря в режиме средних и больших нагрузок питания двигателя газообразным топливом становится нецелесообразным.

В то же время при средних и больших нагрузках улучшаются условия для более полного сгорания жидкого топлива (бензина). Токсичность выхлопных газов составля- етО,5-1%СО.

Поставленная цель достигается тем, что в системе питания двигателя внутреннего сгорания жидким и газообразным топливом, содержащей нормально закрытый регулирующий клапан подачи газообразного топлива с входным и выходным патрубками, в корпусе которого размещены седло и запорное средство, например, запорная игла с запорной конусной поверхностью, с регулируемым упругим элементом, жестко связанное посредством штока с мембраной, делящей внутренность корпуса на рабочую и управляющую полости, причем, входи ой патрубок, связанный через газовый редуктор с источником газообразного топлива, и

выходной, связанный с наддроссельным пространством карбюратора, подключены к рабочей полости, а управляющая полость пневматически связана с предцилиндровым

пространством (впускным коллектором) двигателя, внутри рабочей полости помещена перегородка, расположенная перпенди- . кулярно оси движения запорного средства с выполненным на этой оси вторым седлом и

0 герметично разделяющая рабочую полость на две камеры, к каждой из которых подключен один из патрубков, а у запорного средства со стороны штока выполнена конусная посадочная поверхность, образующая с вто5 рым седлом нормально открытый регулирующий клапан.

На предлагаемом чертеже приведена схема предлагаемой системы. . Система питания двигателя внутреине0 го сгорания жидким и газообразным топливом содержит нормально закрытый регулирующий клапан подачи газообразного топлива с входным 1 и выходным 2 патрубками, в корпусе которого размещены

5 седло 3 и запорное средство 4, например запорная игла с запорной конусной поверхностью, с регулируемым упругим элементом 5 (элемент 5 может быть выполнен, в частности, в виде упругой пружины с регулировоч0 ным винтом как это показано на чертеже), жестко связанное посредством штока 6 с мембраной, делящей внутренность корпуса на рабочую 8, 9 и управляющую 10 полости (рабочая полость 8, 9 в свою очередь

5 состоит из двух камер 8 и 9, о которых будет сказано ниже). Входной патрубок 1 через газовый редуктор 1.1 связан с источником 12 газообразного топлива (источник жидкого топлива на чертеже условно не показан).

0 Выходной патрубок 2 связан с наддроссельным пространством 13 карбюратора (например, посредством шланга 14).

Входной 1 и выходной 2 патрубки подключены к рабочей полости 8, 9, а управля5 ющэя полость 10 пневматически связана с предцилиндровым пространством 15 (впускным коллектором) двигателя, например, посредством шланга 16. Внутри рабочей полости 8,9 помещена перегородка 17, распо0 ложенная перпендикулярно оси (направлению) движения запорного средства 4 с выполненным на этой оси вторым седлом 18 и герметично разделяющая рабочую полость 8, 9 на две камеры 8 и 9, к

5 каждой из которых подключен один из патрубков (например входной патрубок 1 подключен к камере 8, а выходной 2 к камере 9). У запорного средства 4 со стороны штока б выполнена конусная посадочная поверх нрсть 19, образующая с вторым седлом 18

нормально открытый регулирующий клапан. Позицией 20 на чертеже обозначен малый диффузор (главный распылитель), расположенный в наддроссельном пространстве 13 перед дроссельной заслонкой 21, а позицией 22 воздушный фильтр.

Предлагаемая система работает следующим образом,

При эксплуатации предлагаемой системы жиклер холостого хода полностью заглушается, т.е. при холостом ходе подача жидкого топлива, например бензина, в карбюратор прекращается, а воздух подается как обычно.

В исходном состоянии (при неработающем двигателе) давление в предцилиндровом пространстве 15 (впускном коллекторе) практически равно атмосферному (вакуум отсутствует). Поскольку управляющая полость 10 посредством шланга 16 пневматически связана с пространством 15, в управляющей полости 10 также отсутствует вакуум. При этом мембрана 7 под действием регулируемого упругого элемента 5 выгибается в сторону рабочей полости 8 9 а запорное средство 4, связанное с мембраной 7 посредством штока 6, перемещается в сторону седла 3 и закрывает нормально закры- тый регулирующий клапан, подачи газообразного топлива. Т.е. в этом случае топливо в двигатель не подается.

В режиме холостого хода давление в пространстве 15 падает (образуется вакуум), соответственно падает давление в полости 10, мембрана 7 несколько выгибается в сторону упругого элемента 5, запорное средство 4 отходит от седла 3, в результате чего клапан, образованный седлом 3 и зз- яорным средством А (для краткости назовем этот клапан клапаном 3 - 4), оказывается полностью открытым. При этом клапан, образованный седлом 18 и посадочной поверхностью 19 (назовем его клапаном 18 - 19), немного прикрывается. Степень, величина прикрытия клапана 18-19 управляется посредством регулируемого упругого элемента 5. Этим самым регулируется количество газообразного топлива (например, газа, пропана), проходящего через клапан 18 - 19, что в свою очередь дает возможность регулировать состав смеси газообразное топливо - воздух в карбюраторе (наддроссельном пространстве 13).

Таким образом в режиме холостого хода газообразное топливо от источника 12 через редуктор 11, входной патрубок 1, клапаны 3 -4 и 18- 19, выходной патрубок 2, шланг 14 поступает в наддроссельное пространство 13 карбюратора. Поскольку жиклер холостого хода заглушен, то питание двигателя в этом случае осуществляется только газообразным топливом.

В режиме малых нагрузок дроссельная заслонка 21 приоткрывается (на 10 - 20°), в 5 результате чего давление в предцилиндро- вом пространстве 15 повышается (за счет увеличивающейся подачи воздуха через воздушный фильтр 22), т.е. величина вакуума в пространстве 15 уменьшается. Это при10 водит к тому, что мембрана 7 выгибается в сторону полости 8,9 (под действием регулируемого упругого элемента 5), открывая клапан 18-19, в результате чего увеличивается подача газообразного топлива. Такое не15 большое обогащение горючей смеси (газообразным топливом) необходимо для более мягкого перехода от режима малых нагрузок к средним и большим. Иначе происходит провал в работе двигателя, поскольку

0 жидкое топливо (бензин) в двигатель еще практически не поступает или поступает мало. При дальнейшем нажатии на педаль управления дроссельной заслонкой 21 угол поворота заслонки 2.1 увеличивается, ваку5 ум в предцилиндровом пространстве 15 уменьшается, мембрана продолжает двигаться в сторону полости 8, 9, при этом клапан 3-4 начинает закрываться, перекрывая подачу газообразного топлива от источника

0 11 к наддроссельному пространству 13 карбюризатора.

Одновременно, поскольку заслонка 21 ужу открыта, начинает работать малый диффузор 20 (главный распылитель), подавая

5 жидкое топливо (бензин). Во время этого переходного режима, когда жидкое топливо уже начало поступать, а подача газообразного топлива еще не прекратилась совсем, двигатель работает на бинарном топливе

0 (т.е. на смеси паров бензина и газа).

- При равномерном движении автомоби- ля при средних нагрузках (дроссельная заслонка 21 приоткрыта), например при скорости порядка 60 км/ч, глубина вакуума

5 в предцилиндровом пространстве 15 может совпадать с величиной вакуума в нем, соответствующей режиму холостого хода. При этом клапаны 3 - 4 и 18 - 19 приоткрыты. Двигатель в этом случае опять питается би0 парным топливом. Благодаря этому двигатель, рассчитанный на потребление,- например бензина АИ-93, можно питать бензином А-76, поскольку смесь газа пропа-. на (октановое число около 120) и указанной

5 марки бензина (октановое число 76) в среднем как раз и имеет октановое число около 93.

При средних и больших нагрузках давление в пространстве 15 падает в такой степени, что мембрана 7 выгибается в сторону

упругого элемента 5 настолько, что запорное средство 4 со штоком 6 перемещается так, что клапан 18 - 19 оказывается полностью закрытым. При этом подача газообразного топлива полностью прекращается. Питание двигателя осуществляется исключительно жидким топливом (бензином). В случае падения нагрузки, например в случае отпущенной педали управления дроссельной заслонкой 21 при включенной передаче, т.е. при торможении двигателем, вакуум в пространстве 15 резко увеличивается (давление падает), причем вакуум оказывается более глубоким, чем при холостом ходе. В результате этого мембрана 7 сильно выгиба- ется в сторону упругого элемента 5, полностью перекрывая клапан 18-19итемсамым прекращая подачу газообразного топлива. Жидкое топливо в этом случае в двигатель также не поступает (педаль управления дроссельной заслонкой 21 отпущена), следовательно, в этом случае двигатель не потребляет ни жидкого, ни газообразного топлива. Это свойство предлагаемой системы питания двигателя следует отметить особо, ибо во многих существующих конструкциях при торможении двигателем топливо расходуется так же, как при работе на холостом ходу. Благодаря указанному свойству предлагаемой системы осуществляется дополнительная экономия топлива. (Интересно отметить, что на автомобилях ВАЗ-2105 и ВАЗ-2107 установлена сложная электронная система, работа которой направлена на решение задачи экономии (прекращения подачи) топлива при торможении двигателем. В предлагаемом же изобретении эта задача решается просто и как бы между делом). При достижении двигателем оборотов, соответствующих режиму холостого хода, вакуум в пространстве 15 также принимает значение, соответствующее режиму холостого хода. При этом клапан 18-19 приоткрывается и предлагаемая система начинает работать так, как была описана ее работа в режиме холостого хода, Таким образом предлагаемая система питания двигателя внутреннего сгорания позволяет автоматически каждый раз при холостом ходе и при малых нагрузках переводить двигатель на питание газообразным топливом, а при средних и больших нагрузках на питание жидким топливом.

Токсичность выхлопных газов измерялась прибором Инфралит у двигателя автомобиля ВАЗ-2103 и составил, в режиме холостого хода:без использования предлагаемой системы 1 - 3% СО, использованием 0,1 - 0,2% СО; при малых и средних нагрузках соответственно 0,5 - 1,0 % СО и до 0,5% СО.

За счет того, что при малых нагрузках и

в режиме холостого хода двигатель питается газообразным топливом, имеет место экономия жидкого топлива. Практика эксплуатации предлагаемой системы показывает, что экономия жидкого топлива (бензина) достигает 30%. Поскольку газообразное топливо (например, пропан) дешевле жидкого, то можно сделать вывод, что предлагаемая системы повышает экономичность двигателя.

Формул а изобретения Система питания двигателя внутреннего сгорания, содержащая магистрали для подвода жидкого и газообразного провода,

нормально закрытый регулирующий клапан подачи газообразного топлива с входным и выходным патрубками, в корпусе которого размеа1вно седло и запорное средство в виде запорной иглы с запорной конусной поверхностыо с регулируемым упругим элементом, жестко связанное посредством штока с мембраной, разделяющей внутренний объем корпуса на рабочую и управляющую полости, причем входной патрубок,

связанный через газовый редуктор с источником газообразного топлива и выходной патрубок, связанный с наддроссельным пространством, подключены к рабочей полости, а управляющая полость пневматически связана с предцилиндровым пространством, отличающаяся тем, что, с целью повышения экономичности и снижения токсичности, внутри рабочей полости размещена перегородка, расположенная перпендикулярно оси движения запорной иглы с выполнением на этой оси вторым седлом и герметично разделяющая рабочую полость на две камеры, к каждой из которых подключен один из патрубков, а у

0 запорной иглы со суороны штока выполнена конусная посадочная поверхность, образующая с вторым седлом нормально открытый регулирующий клапан.

Использование: область управления и регулирования карбюраторных двигателей, работающих как на жидком, так и на газообразном топливе. Цель изобретения - сниже- ние токсичности выхлопных газов и повышение экономичности. Поставленная цель достигается тем, что каждый раз при холостом ходе и малых нагрузках двигатель переводится автоматически на питание газообразным топливом 8, а при средних и больших нагрузках - на питание жидким топливом. Клапаны 3 и 18 одновременно открыты только в том случае, когда давление в предцилиндровом пространстве 15 соответствует режиму холостого хода и малым нагрузкам. Только в этом случае газообразное топливо 8 из источника 11 поступает в наддроссельнре пространство 12, Жиклер холостого хода при этом заглушен. При средних и больших нагрузках двигатель питается жидким топливом обычным образом. 1 ил.