Способ питания двигателей внутреннего сгорания чумакова

 

Использование: двигателестроение, в частности, системы питания двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: газовое топливо отбирают от источника газового топлива в жидкой фазе и подают в систему питания двигателя. После очистки газового топлива от примесей в многоступенчатом фильтре его нагревают в испарителе, переводя в новое консистентное состояние, редуцируют и подают во всасывающий коллектор под давлением, обеспечивающим эффект наддува и наибольшую полноту сгорания двухтопливной смеси. В режиме холостого хода газ подается в систему холостого хода карбюратора без подачи жидкого топлива, что снижает токсичность отработанных газов в этом режиме. Еще более резкое снижение токсичности выхлопных газов с одновременной значительной (до 50%) экономией жидкого топлива достигается за счет обогащения жидкотопливно-воздушной смеси и подачи ее во всасывающий коллектор через распылитель в предельно малых количествах, достаточных для запуска и работы двигателя. Способ питания двигателей внутреннего сгорания Чумакова реализуется с помощью системы питания двигателей внутреннего сгорания конструкции Чумакова. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности, к двигателям внутреннего сгорания.

Известен способ питания карбюраторных двигателей внутреннего сгорания, включающий подачу жидкого топлива и воздуха с образованием жидкотопливно-воздушной смеси, отбор газового топлива в парообразной фазе, редуцирование газового топлива, смешение в наддроссельном пространстве жидкотопливно-воздушной смеси и газового топлива с образованием двухтопливной горючей смеси (1).

Основной недостаток известного способа состоит в том, что его реализация предусматривает применение специального карбюратора-смесителя и сложного в изготовлении и регулировке многоступенчатого редуктора со специальной дозирующей экономайзерной системой. Кроме того, для указанного способа характерна высокая токсичность выхлопных газов в режиме холостого хода, поскольку в этом режиме двигатель работает на бензине.

Наиболее близким по технической сущности к предполагаемому изобретению является способ питания двигателей внутреннего сгорания с использованием системы питания Карпенко (2). В известном способе газовое топливо подается в паровой фазе при постоянном давлении, равном 0,002 0,003 МПа. В режиме нагрузок подача газового топлива осуществляется в задроссельное пространство по дополнительному газопроводу. В режиме холостого хода жиклер холостого хода карбюратора перекрыт, и газ поступает в карбюратор по обходному пути через воздушный фильтр.

Основным недостатком этого способа является незначительная экономия жидкого топлива вследствие того, что газовое топливо добавляется к большому количеству обедненной бензовоздушной смеси лишь в небольших количествах. Такое незначительное замещение жидкого топлива газовым не позволяет также существенно снизить токсичность выхлопных газов. Кроме того, подача газа в режиме холостого хода по обходному пути через воздушный фильтр исключает применение системы холостого хода карбюратора с ее регулирующими устройствами, усложняя тем самым регулировку работы двигателя в режиме холостого хода.

Целью предлагаемого изобретения является значительное снижение расхода жидкого топлива и токсичности отработанных газов.

Поставленная цель достигается тем, что в способе питания двигателей внутреннего сгорания Чумакова газовое топливо отбирают от источника газового топлива в жидкой фазе, очищают его от примесей, переводят в парообразное состояние в испарителе, редуцируют и подают во всасывающий коллектор под давлением (0,02 0,12) МПа, которое устанавливают регулировочным винтом редуктора, причем жидкотопливно-воздушную смесь обогащают и подают во всасывающий коллектор через распылитель в предельно малых количествах, достаточных для запуска и работы двигателя на всех режимах. Способ питания Чумакова отличается также тем, что в переходном режиме, режиме малых и средних нагрузок газовое топливо подают во всасывающий коллектор по дополнительному газопроводу через электромагнитный клапан переходного режима и канал тройника с жиклером, в режиме максимальных нагрузок газовое топливо подают во всасывающий коллектор по основному газопроводу через электромагнитный клапан максимальных нагрузок и канал тройника без жиклера, в режиме холостого хода газовое топливо подают без подачи жидкого топлива в задроссельное пространство всасывающего коллектора по дополнительному газопроводу через штуцер-заглушку с жиклером и по каналу холостого хода карбюратора.

Способ питания двигателей внутреннего сгорания Чумакова реализуется с помощью системы питания двигателей внутреннего сгорания конструкции Чумакова, в которой основной контур подачи газового топлива содержит стационарный, горизонтально расположенный газовый баллон с заправочным устройством, сообщенный со всасывающим коллектором через газовый фильтр, испаритель, газовый редуктор с регулировочным винтом, запорный электромагнитный клапан со схемой управления и электромагнитный клапан режима максимальных нагрузок, один из дополнительных газопроводов содержит электромагнитный клапан переходного режима и режима средних нагрузок и тройник с жиклером, второй дополнительный газопровод содержит штуцер-заглушку с жиклером.

Функциональная схема системы питания конструкции Чумакова приведена на фиг. 1.

Запорная арматура газового баллона выполнена таким образом, что запорные вентили разнесены к верхней и нижней образующим цилиндрической поверхности, что позволяет использовать обе фазы газового топлива жидкую и паровую, причем при использовании паровой фазы имеется возможность использовать газовый баллон в качестве холодильника.

При работе на жидкой фазе подача газового топлива вплоть до его полного использования осуществляется практически при постоянном давлении, а качество топлива не меняется. Контур подачи газового топлива снабжен многоступенчатым фильтром, что позволяет осуществить грубую и тонкую очистку газа от примесей, гарантировать тем самым нормальную работу редуктора и устранение операции слива конденсата, обеспечивая при этом 100%-ное использование газового топлива. Скопление различных примесей в фильтре в виде сухого порошка (перед испарителем) предотвращает отложение в системе загрязнений, представляющих собой вязкие смолистые фракции, образовавшиеся при повышенной температуре газового топлива.

Выбор площади поверхности обогрева жидкой фазы газового топлива в испарителе произведен с учетом возможности получения такого состояния топлива, при котором обеспечивается оптимальный состав горючей смеси.

Применение одноступенчатого редуктора с регулировочным винтом позволяет выявить наиболее благоприятные условия работы двигателя при различных режимах (динамические характеристики, устойчивость работы, отсутствие провалов и т.п.), что контролируется по показаниям манометра.

Применение электромагнитных клапанов позволяет топливной системе работать в автоматическом режиме, исключая утечку газа и обеспечивая условия эффективной и безопасной эксплуатации двигателя на всех режимах.

Новая совокупность технических решений в системе питания двигателя конструкции Чумакова позволяет резко уменьшить диаметры главных топливных и главных воздушных жиклеров, чем обеспечивается значительное снижение расхода жидкого топлива и токсичности выхлопных газов в режиме нагрузок.

Использование тройника с жиклером обеспечивает отсутствие провалов в работе двигателя в переходном режиме и режиме малых нагрузок.

Применение штуцера-заглушки с жиклером позволяет перекрыть подачу жидкого топлива в систему холостого хода с одновременной подачей в эту систему газового топлива.

На фиг. 2 представлена принципиальная схема двухтопливной системы питания карбюраторных двигателей конструкции Чумакова, на фиг. 3 многоступенчатый фильтр, на фиг. 4 испаритель.

Двухтопливная система питания двигателя внутреннего сгорания содержит контур подачи жидкого топлива, включающий бензобак 1, бензопровод 2, поплавковую камеру 3 в карбюраторе 4, содержащем воздушную заслонку 5, дроссельную заслонку 6, главный топливный жиклер 7, главный воздушный жиклер 8, распылитель 9, канал системы холостого хода 10, задроссельное пространство всасывающего коллектора 11, и контур подачи газового топлива, который содержит стационарный, горизонтально расположенный газовый баллон 12, оснащенный запорной и контрольной арматурой, представляющей собой запорные вентили 13 - для жидкой фазы и 14 для паровой фазы, манометром 15, и заправочное устройство 16.

Газовый баллон 12 сообщен со всасывающим коллектором 11 посредством основного газопровода 17 и двух дополнительных газопроводов: 18 системы холостого хода и 19 переходного режима и малых нагрузок.

Основной газопровод 17 содержит последовательно расположенные по ходу газопровода многоступенчатый фильтр 20 (фиг. 3), испаритель 21 (фиг. 4), соединенный трубопроводом 22 с системой охлаждения двигателя 23, одноступенчатый редуктор 24, оснащенный манометром 25, запорный электромагнитный клапан 26, электрически связанный с генератором посредством реле генератора 27 и управляющего реле 28 с контрольной лампочкой 29.

Далее основной газопровод 17 содержит электромагнитный клапан режима нагрузок 30, управляемый контактом-прерывателем 31. Тройник 32 с жиклером 33 дополнительного газопровода 19 вмонтирован во всасывающий коллектор 11 на место сливной трубки. Газопровод 19 содержит электромагнитный клапан 34, управляемый контактом-прерывателем 35.

Дополнительный газопровод 18 содержит штуцер-заглушку 36 с жиклером 37 для подачи газового топлива.

Система питания двигателя конструкции Чумакова работает следующим образом.

Пуск и прогрев двигателя.

При открытом запорном вентиле 13 жидкая фаза газового топлива под давлением 1,2 1,6 МПа по газопроводу 17 через многоступенчатый фильтр 20 и испаритель 21 подается в редуктор 24 с регулировочным винтом 38, при помощи которого устанавливается рабочее давление запуска, равное 0,02 0,04 МПа.

Включается зажигание, приоткрывается дроссельная заслонка 6, включается стартер, запускается двигатель 23. Когда двигатель 23 запущен, генератор вырабатывает напряжение, которое подается на контакты реле генератора 27 и управляющее реле 28. При этом включается запорный электромагнитный клапан 26. При открытом электромагнитном клапане 26 газ поступает в два дополнительных газопровода 18 и 19. По газопроводу 18 газ поступает через штуцер-заглушку 36 и жиклер 37 по каналу системы холостого хода 10 в задроссельное пространство всасывающего коллектора 11. При открытой дроссельной заслонке 6 срабатывает контакт-прерыватель 35, открывая электромагнитный клапан 34, и газ по газопроводу 19 через жиклер 33 тройника 32 поступает в задроссельное пространство всасывающего коллектора 11.

При прогретом до рабочей температуры двигателе 23 нагретая жидкость системы охлаждения по каналу 22 поступает в испаритель 21, переводя жидкую фазу газового топлива в новое консистентное состояние. Регулировочным винтом 38 редуктора 24 устанавливается рабочее давление, равное 0,08 0,1 МПа.

Работа под нагрузкой.

За счет резкого уменьшения площади поперечного сечения главных воздушных жиклеров (в 4,0 6,0 раз) и значительного уменьшения площади поперечного сечения главных топливных жиклеров (в 2,5 3,5 раза) обеих камер достигается обогащение бензо-воздушной смеси.

При открытой дроссельной заслонке 6 увеличиваются обороты двигателя 23, растет разрежение в задроссельном пространстве всасывающего коллектора 11, из распылителя 9 в задроссельное пространство поступает уменьшенное в несколько раз количество обогащенной бензо-воздушной смеси.

Одновременно жидкая фаза газового топлива, прогретая в испарителе до парообразного состояния, под давлением 0,08 0,1 МПа поступает по дополнительным газопроводам 18 и 19 в задроссельное пространство всасывающего коллектора, где перемешивается с бензовоздушной смесью, образуя при этом оптимальную двухтопливную горючую смесь, благодаря чему обеспечивается работа двигателя на всех переходных режимах без провалов.

При дальнейшем открытии дроссельной заслонки (свыше 30^o) срабатывает контакт-прерыватель 31, открывая электромагнитный клапан 30, и газовое топливо через тройник 32 под давлением 0,08 0,1 МПа поступает в задроссельное пространство, дополнительно обогащая горючую смесь.

При открытии дроссельной заслонки свыше 48^o вступает в работу вторичная камера (на фиг. 2 не показана) карбюратора 4, что обеспечивает работу двигателя при максимальных нагрузках.

При отсутствии газового топлива двигатель работает на жидком топливе при прикрытой воздушной заслонке 5.

Работа в режиме холостого хода.

При работе двигателя в режиме холостого хода дроссельная заслонка 6 полностью закрыта. Газ поступает по дополнительному газопроводу 18 через штуцер-заглушку 36 с жиклером 37. Далее газ, смешиваясь с воздухом, по каналу холостого хода 10 поступает в задроссельное пространство всасывающего коллектора 11, обеспечивая устойчивую работу двигателя. При этом токсичность отработанных газов значительно снижена.

Способ питания двигателей имеет следующие основные преимущества: снижение расхода жидкого топлива до 50% снижение токсичности отработанных газов в 8 10 раз (по отношению к предельно допустимым значениям ГОСТ); получение высокооктановой горючей смеси при использовании низкооктанового жидкого топлива.

Кроме того, применение данного способа позволяет повысить долговечность работы двигателя и увеличить срок использования масла.

Способ реализован на модели ВАЗ 2106. Пробег на одной заправке (39 л бензина А76 и 40 л газа пропан-бутан) составляет в режиме городского цикла ≈ (800 850) км, по шоссе ≈ (950 1000) км. Время разгона с места до скорости 100 км/час с нагрузкой ≈ 250 кг (водитель и два пассажира) составляет 14 15 с.

Использование высокооктановой горючей смеси (газ + А76) по способу Чумакова позволяет также увеличить степень сжатия у двигателей грузовых автомобилей (с 7 до 9). Этот фактор резко улучшает экологическую ситуацию - обеспечивает защиту воздушного бассейна городов и других населенных пунктов.

Формула изобретения

1. Способ питания двигателей внутреннего сгорания, включающий подачу жидкого топлива и воздуха с образованием жидко-топливно-воздушной смеси, отбор газового топлива от источника газового топлива в парообразной фазе, редуцирование газового топлива, смешение в задроссельном пространстве жидко-топливно-воздушной смеси и газового топлива с образованием двухтопливной горючей смеси, отличающийся тем, что газовое топливо отбирают от источника газового топлива в жидкой фазе, очищают его от примесей, переводят в парообразное состояние в испарителе, редуцируют и подают во всасывающий коллектор под давлением, которое устанавливают регулировочным винтом редуктора.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что жидко-топливно-воздушную смесь обогащают и подают во всасывающий коллектор через распылитель в предельно малых количествах, достаточных для запуска и работы двигателя на всех режимах.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в переходном режиме, режиме малых и средних нагрузок газовое топливо подают во всасывающий коллектор по дополнительному газопроводу через электромагнитный клапан переходного режима и канал тройника с жиклером, в режиме максимальных нагрузок газовое топливо подают во всасывающий коллектор по основному газопроводу через электромагнитный клапан максимальных нагрузок и канал тройника без жиклера.

4. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что в режиме холостого хода газовое топливо подают без подачи жидкого топлива в задроссельное пространство всасывающего коллектора по дополнительному газопроводу через штуцер-заглушку с жиклером и по каналу холостого хода карбюратора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4