Система питания газообразным топливом для многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания

 

Использование: в системах питания газообразным топливом из баллонов для многоцилиндровых двигателей внутреннего сгорания транспортных средств. Сущность изобретения: система питания содержит карбюратор с диффузором, воздушным фильтром и дроссельной заслонкой, установленный на впускном коллекторе. К карбюратору подключен редуктор-регулятор расхода газа, содержащий малую, большую и дополнительную корректирующую диафрагмы, которые образуют полости высокого, низкого (управляющего), балансировочного и корректирующего давлений. Полость высокого давления своим входом через клапан связана с баллоном, а своим выходом - через жиклеры с впускными патрубками каждого цилиндра. Полость низкого (управляющего) давления сообщена с горловиной диффузора. Полость балансировочного давления сообщена с полостью карбюратора после воздушного фильтра, а полость корректирующего давления - с задроссельной полостью карбюратора. Диаметры малой и корректирующей диафрагм равны. 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности двигателестроению, а конкретно - к системам питания газообразным топливом из баллонов для многоцилиндровых двигателей внутреннего сгорания.

Известна система питания газообразным топливом для многоцилиндровых двигателей внутреннего сгорания с внешним смесеобразованием, в которой для более равномерной подачи горючей смеси в цилиндры двигателя газосмесительное устройство является индивидуальным для каждого цилиндра (Двигатели внутреннего сгорания. Системы поршневых и комбинированных двигателей. / Под ред. А.С.Орлика, М.Г.Круглова, М.: Машиностроение, 1985, с.223...226). Газообразное топливо подают к органам регулирования под постоянным избыточным давлением. Органы регулирования качества и количества горючей смеси, устанавливаемые в крышку цилиндров двигателя, выполнены в виде дроссельных коробок или устройств, позволяющих изменять время - сечение клапана смесителя путем увеличения или уменьшения его хода. Однако такие системы питания газообразным топливом не применяются для высокооборотных многоцилиндровых двигателей транспортных средств из-за их сложности и значительных переделок двигателей, работающих на жидком топливе. Поэтому неоднократно предпринимались попытки упрощения технологии производства и улучшения эксплуатационных качеств систем питания газообразным топливом многоцилиндровых двигателей иными средствами. Из известных решений такого рода прототипом может служить система питания с устройством топливоподачи для двигателя внутреннего сгорания, которая содержит установленный на впускном коллекторе с впускными патрубками карбюратор с воздушным фильтром и диффузором, соединенный с редуктором-регулятором расхода газа, имеющим входной клапан и выполненным в виде блока большой и малой диафрагм, жестко связанных между собой и образующих полости высокого, низкого (управляющего) и атмосферного давления, первая из которых своим входом через входной клапан, фильтр с электромагнитным клапаном, редуктор высокого давления и подогреватель газа сообщена с газовым баллоном, вторая - сообщена с горловиной диффузора карбюратора, а третья - с атмосферой. Редуктор-регулятор расхода газа позволяет поддерживать стехиометрический состав горючей смеси на всех режимах работы двигателя, так как расход воздуха и топливного газа однозначно определяются разрежением в горловине диффузора карбюратора. Однако газосмесительное устройство, являющееся общим для всего двигателя, не обеспечивает равномерной раздачи горючей смеси по цилиндрам многоцилиндрового двигателя, а использование индивидуальных смесительных устройств для каждого цилиндра не обеспечивает необходимый стехиометрический состав горючей смеси во всем диапазоне нагрузочной характеристики двигателя.

Действительно, при подаче газа во впускной патрубок каждого цилиндра вблизи впускного клапана, разрежения в этом месте впускного коллектора при малых и средних нагрузках достаточно велики (0,06...0,02 МПа), что увеличивает перепад давления на расходном газовом жиклере и, соответственно, относительно увеличивает расход газа по сравнению с подачей газа в проточную часть карбюратора до дроссельной заслонки, переобогащая тем самым горючую смесь в этом диапазоне нагрузок.

Цель изобретения - обеспечение работоспособности системы питания газообразным топливом для многоцилиндровых двигателей внутреннего сгорания с редуктором-регулятором расхода газа, подающим газ во впускные патрубки каждого отдельного цилиндра двигателя, что уменьшает токсичность отработавших газов.

Поставленная цель достигается тем, что в системе питания газообразным топливом для многоцилиндровых двигателей внутреннего сгорания, включающей установленный на впускном коллекторе с впускными патрубками карбюратор с воздушным фильтром и диффузором, соединенный с редуктором-регулятором расхода газа, имеющим входной клапан и выполненным в виде блока большой и малой диафрагмы, жестко связанных между собой и образующих полости высокого и низкого (управляющего) давления, первая из которых своим входом через входной клапан, фильтр с электромагнитным клапаном, редуктор высокого давления и подогреватель газа сообщена с газовым баллоном, вторая - сообщена с горловиной диффузора карбюратора, редуктор-регулятор расхода газа снабжен дополнительной корректирующей диафрагмой, расположенной ниже большой диафрагмы и соосно с ней, жестко связанной с блоком большой и малой диафрагм, по диаметру равной малой диафрагме, и крышкой, образующей с дополнительной корректирующей диафрагмой полость корректирующего давления, сообщенную с задроссельной полостью карбюратора. Полость высокого давления редуктора-регулятора расхода газа своим выходом через трубопровод и жиклеры сообщена с впускными патрубками каждого отдельного цилиндра двигателя. Третья полость редуктора-регулятора расхода газа, расположенная между большой и дополнительной корректирующей диафрагмами, образует полость балансировочного давления и соединена трубопроводом с полостью карбюратора после воздушного фильтра.

Отличительные признаки предлагаемого технического решения не обнаружены авторами ни в патентной, ни в технической литературе, что при наличии положительного эффекта подтверждает соответствие его критерию охраноспособности "существенные отличия".

На чертеже представлена принципиальная схема системы питания для многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания, работающего на газообразном топливе.

Система питания содержит карбюратор А с воздушным фильтром 1, диффузором 2, смесительной камерой 3 и дроссельной заслонкой 4, связанной с педалью акселератора. К карбюратору подключены система питания бензином и система питания газом, которая включает редуктор-регулятор Б расхода газа, содержащий малую 5, большую 6 и дополнительную корректирующую 7 диафрагмы, а также разгрузочное устройство 8, состоящее из диафрагмы 8, нажимного штока 9, пружины 10 и крышки 11, которая с диафрагмой 8 образует полость 12 разгрузочного устройства, к которой через трубопровод 13 подключена задроссельная полость 14 карбюратора А. Малая диафрагма 5, соосно которой на штоке 16 расположены большая 6 и дополнительная корректирующая 7 диафрагмы, через шток 15 и рычаг 16 с винтом начальной регулировки 17 связана с клапаном 18 подачи газа и образует совместно с ним и корпусом 19, диафрагмой 8 разгрузочного устройства полость 20 высокого давления, к которой со входа через клапан 18, фильтр с электромагнитным клапаном 21, редуктор высокого давления 22, подогреватель 23 подсоединен баллон 24 сжатого газа, а с выхода подающим трубопроводом 25 через коллектор 26 подачи газа и жиклеры 27 подсоединены впускные патрубки 28 впускного коллектора 29 двигателя Г. Жиклеры 27 подсоединены к впускным патрубкам 28 в непосредственной близости к впускным клапанам 30 цилиндров 31 двигателя Г. Малой 5, большой 6 диафрагмами и корпусом 32 ограничена полость 33 низкого (управляющего) давления, которая через трубопровод 34 сообщена с горловиной диффузора 2 карбюратора А. Большой 6, дополнительной корректирующей 7 диафрагмами и корпусом 35 ограничена полость 36 балансировочного давления, которая трубопроводом 37 сообщена с полостью 38 карбюратора А после воздушного фильтра 1. Дополнительной корректирующей 7 диафрагмой и крышкой 39 ограничена полость 40 корректирующего давления, которая через трубопровод 41 соединена с задроссельной полостью 14 карбюратора А. Диаметры малой 5 и корректирующей 7 диафрагм равны между собой.

Двигатель работает следующим образом.

Перед запуском двигателя тумблером выбора вида топлива (не изображен) открывают электромагнитный клапан 21 и газ поступает к клапану 18. Однако газ в полость 20 высокого давления редуктора-регулятора Б расхода газа не проходит, так как пружина 10 разгрузочного устройства Б через нажимной шток 8 и рычаг 15 удерживает клапан 18 в закрытом состоянии. При запуске двигателя от электростартерной системы в задроссельной полости 14 карбюратора 29, которое по трубопроводу 13 передается в полость 12 разгрузочного устройства В, диафрагма 8 со штоком 9 поднимается, сжимая пружину 10, и освобождает рычаг 16. При помощи винта 17 начальной регулировки клапан 18 отрегулирован для подачи газа из полости 20 высокого давления редуктора-регулятора В через трубопровод 25, коллектор 26 подачи газа, жиклеры 27 во впускные патрубки 28 впускного коллектора 29 двигателя Г в количестве, достаточном для работы двигателя на холостом ходу. При открытии дроссельной заслонки 4 увеличивается расход воздуха через диффузор 2 и, соответственно, увеличивается разрежение в горловине диффузора 2, которое через трубопровод 34 передается в полость 33 низкого (управляющего) давления. Вследствие разности площадей большой 6 и малой 5 диафрагм создается усилие, которое действует в сторону открытия клапана 18 и давление газа в полости 20 высокого давления возрастает, увеличивая тем самым расход газа через жиклеры 27. Но, так как диафрагмы 5, 6 и 7 жестко связаны между собой, а в полость 40 корректирующего давления передается разрежение по трубопроводу 41 из впускного коллектора 20, то на рычаг 16 через шток 15 будет передаваться усилие, прикрывающее клапан 18. Давление в полости 20 высокого давления редуктора-регулятора Б будет нарастать до тех пор, пока не установится равновесие сил, действующих на рычаг16: Р_в˙f₁- Р_у.д.˙f₁ + Р_у.д.˙f₂ - Р_б˙f₂ + Р_б·f₃ - Р_вп.к.˙f₃ = 0 (1) где Р_в - давление в полости высокого давления редуктора-регулятора; Р_у.д. - управляющее давление в горловине диффузора; Р_б - балансировочное давление; Р_вп.к. - давление во впускном коллекторе; f₁, f₂, f₃ - соответственно площади малой, большой и корректирующей диафрагм.

Так как диафрагмы 5 и 7 равны между собой, то, заменив f₃ на f₁, получим: (Р_в - Р_вп.к)˙f₁ + Р_у.д. (f₂ - f₁) - Р_б (f₂ - f₁) = 0 (2) После преобразования получим: P_в-P_вп.к=(P_б-P_у.д) - 1.

(3) Примем f₂ = 2f₁, тогда
Р_в - Р_вп.к. = Р_б - Р_у.д. (4)
Расход газа через жиклер равен
G_г=μ_ж·f , (5) где μ_ж - коэффициент расхода жиклера;
f_ж - проходное сечение жиклера;
ρ_г- плотность газа;
Но так как из (4) следует, что перепад давления на жиклере ΔР_ж = Р_в- Р_вп.к. равен перепаду давления на диффузоре относительно балансировочного давления после воздушного фильтра 1 ΔР_у = Р_б - Р_у.д., то и расход газа через жиклер пропорционален разрежению в диффузоре:
G_г=μ_ж·f = μ_ж·f .

(6)
Таким образом, расход газа, поступающего через жиклеры 27 к впускным клапанам 30 двигателя Г, пропорционален только перепаду давления (управляющему разрежению) в горловине диффузора 2, а следовательно, расходу воздуха. Введение в пневморегулятор дополнительной корректирующей диафрагмы 7 устраняет влияние на расход газа изменяющегося от режима работы двигателя давления Р_вп.к. во впускном коллекторе 29. Соединение полости балансировочного давления 36 с полостью 38 после воздушного фильтра карбюратора А устраняет влияние на расход газа возможного изменения во время эксплуатации сопротивления воздушного фильтра 1 (его технического состояния).

Расчетом размеров расходных жиклеров 27 обеспечивается расход газа, необходимый для работы двигателя на полной мощности, а при любых промежуточных положениях дроссельной заслонки 4 редуктор-регулятор Б автоматически обеспечивает необходимый стехиометрический состав горючей смеси, так как давление в полости 20 высокого давления прямо пропорционально разрежению в горловине диффузора 2, следовательно, и расходу воздуха через него.

Такое конструктивное решение позволяет обеспечить работоспособность системы питания газообразным топливом для многоцилиндровых двигателей транспортных средств с подачей газа во впускные патрубки каждого цилиндра, что может уменьшить токсичность отработавших газов (на 10...15%), повысить экономичность работы двигателя, увеличить мощность двигателя на 5...10% (Дмитриевский А.В., Шатров Е.В. Топливная экономичность бензиновых двигателей. М.: Машиностроение, 1985, с.49-53), а также упрощает конструкцию системы питания и облегчает техническое обслуживание двигателя.

Формула изобретения

СИСТЕМА ПИТАНИЯ ГАЗООБРАЗНЫМ ТОПЛИВОМ ДЛЯ МНОГОЦИЛИНДРОВОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащая впускной коллектор с впускными патрубками, причем на впускном коллекторе установлен карбюратор с воздушным фильтром и диффузором, редуктор-регулятор расхода газа с входным клапаном, выполненным в виде блока большой и малой диафрагм, жестко связанных между собой и образующих полости высокого и низкого давления, входной клапан, фильтр с электромагнитным клапаном, редуктор высокого давления, подогреватель газа и газовый баллон, причем полость высокого давления своим входом через входной клапан, фильтр с электромагнитным клапаном, редуктор высокого давления и подогреватель газа сообщена с газовым баллоном, а полость низкого давления сообщена с горловиной диффузора карбюратора, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения токсичности отработавших газов, блок большой и малой диафрагм снабжен дополнительной корректирующей диафрагмой, размещенной под большой диафрагмой и соосно с ней, жестко связанной с блоком большой и малой диафрагм, по диаметру равной малой диафрагмой и крышкой, образующей с дополнительной корректирующей диафрагмой полость корректирующего давления, сообщенную с задроссельной полостью карбюратора, а полость высокого давления блока большой и малой диафрагм своим выходом через трубопровод и жиклеры сообщена с каждым впускным патрубком, причем между большой и дополнительной корректирующей диафрагмами расположена полость балансировочного давления, соединенная трубопроводом с полостью карбюратора после воздушного фильтра.

РИСУНКИ

Рисунок 1