Система подачи газа в двигатель внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к системам подачи газа в двигатель внутреннего сгорания. Система подачи газа позволяет улучшить топливную экономичность и снизить токсичность отработавших газов. Система подачи газа содержит газовый баллон с расходно-наполнительным и контрольно-предохранительным устройствами, выносной заправочный переходник, электромагнитный клапан с газовым фильтром, редуктор-испаритель, карбюратор-смеситель с газосмесительным устройством, бензиновый электромагнитный клапан, связанный электрической цепью с переключателем вида топлива. При работе двигателя на холостом ходу разрежение из впускного трубопровода передается в вакуумную полость клапана холостого хода. Под действием разрежения мембрана перемещается, сжимая пружину, и перемещает клапан холостого хода, открывающий канал из полости первой ступени в полость второй ступени редуктора-испарителя. Технический результат заключается в улучшении топливной экономичности и в снижении токсичности отработавших газов. 2 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к системам подачи газа в двигатель внутреннего сгорания, и позволяет улучшить топливную экономичность и снизить токсичность отработавших газов.

Наиболее близким техническим решением является система подачи газа в двигатель внутреннего сгорания, содержащая газовый баллон с расходно-наполнительным и контрольно-предохранительным устройствами, электромагнитный клапан, двухступенчатый редуктор-испаритель с первой и второй ступенями с запорными клапанами и разгрузочным устройством и карбюратор-смеситель с газосмесительным устройством, причем разгрузочное устройство образовано полостью, выполненной во внутренней перегородке корпуса, герметично отделенной от второй ступени подпружиненной мембраной со штоком, подмембранная полость сообщена с впускным трубопроводом, шток мембраны кинематически связан с рычагом клапана второй ступени, а полость первой ступени сообщена с полостью второй ступени через клапан второй ступени (см. патент РФ 2048652, МПК F 02 M 21/02, 1995).

Недостатком этой системы является неудовлетворительное смесеобразование и дозирование газа на основных режимах, сопровождающиеся ухудшением топливной экономичности и повышением токсичности отработавших газов.

Задачей изобретения является улучшение топливной экономичности и снижение токсичности отработавших газов.

Поставленная задача решается тем, что система подачи газа в двигатель внутреннего сгорания содержит газовый баллон с расходно-наполнительным и контрольно-предохранительным устройствами, электромагнитный клапан, двухступенчатый редуктор-испаритель с первой и второй ступенями с запорными клапанами и с разгрузочным устройством и карбюратор-смеситель с газосмесительным устройством, разгрузочное устройство образовано полостью, выполненной во внутренней перегородке корпуса, герметично отделенной от второй ступени подпружиненной мембраной со штоком, подмембранная полость сообщена с впускным трубопроводом, шток мембраны кинематически связан с рычагом клапана второй ступени, а полость первой ступени сообщена с полостью второй ступени через клапан второй ступени, при этом двухступенчатый редуктор-испаритель выполнен с дозирующим экономайзерным устройством, электромагнитный клапан с газовым фильтром, газовый баллон снабжен центральным штуцером с переходником, с размещенными в нем расходно-наполнительным и контрольно-предохранительным устройствами с каналами и подключенными к ним двумя газопроводами, один из которых направлен вверх в сторону уровня жидкой фазы, а второй - вниз в сторону отбора жидкой фазы, контрольно-предохранительное устройство снабжено контрольным клапаном с запорным винтом, кинематически связанной с ним подвижной иглой и соединительным каналом, предохранительным клапаном с соединительным каналом и отводящим патрубком, сообщенным с каналами расходно-наполнительного и контрольно-предохранительного устройств, газовый фильтр снабжен постоянным кольцевым магнитом, размещенным во входной полости на центральной оси по ходу газового потока, полость первой ступени сообщена с полостью второй ступени через испарительный канал, дозирующее экономайзерное устройство снабжено отводящим каналом газа, сообщенным через периферийные каналы с подмембранной полостью и карбюратором-смесителем и размещено на корпусе газового редуктора, дозатор выполнен гиперболической формы и установлен в жиклере с возможностью его перекрытия, система холостого хода снабжена размещенными в корпусе регулировочным винтом, вакуумной полостью с мембраной, запорным клапаном с седлом, жестко связанным с мембраной, и выходным патрубком газа, сообщенным через газовый канал, с размещенным в нем регулировочным винтом, с первой ступенью редуктора-испарителя, причем корпус системы холостого хода связан с корпусом редуктора-испарителя.

Редуктор-испаритель может быть снабжен регулятором давления газа, выполненным в виде регулировочного винта, рычага и пружины, размещенной между рычагом и регулировочным винтом.

Газосмесительное устройство может быть снабжено газоподводящим патрубком и каналами, сообщенными с диффузорами карбюратора-смесителя и регулировочным винтом, размещенным в газоподводящих каналах.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема системы питания для газового двигателя внутреннего сгорания, на фиг. 2 показана принципиальная схема редуктора-испарителя, на фиг. 3 показан бытовой газовый баллон, устанавливаемый на двигателях газобалонных легковых автомобилей, на фиг. 4 показан вид A газового баллона на фиг. 3, на фиг. 5 приведена конструктивная схема дозирующего экономайзерного устройства, на фиг. 6 - представлена конструктивная схема контрольно-предохранительного устройства, на фиг. 7 представлен газовый фильтр системы питания, на фиг. 8 показано газосмесительное устройство системы подачи газа, на фиг. 9 показан разрез A-A на фиг. 8, на фиг. 10 показан разрез Б-Б на фиг. 8.

Система подачи газа содержит газовый баллон 1 с расходно-наполнительной и контрольно-предохранительной арматурой 2, выносной заправочный переходник 3, электромагнитный клапан с газовым фильтром 4, редуктор-испаритель 5, карбюратор-смеситель с газосмесительным устройством 6, бензиновый электромагнитный клапан 7, связанный электрической цепью с переключателем 8 вида топлива.

Бытовой газовый баллон 1 рассчитан на рабочее давление 1,6 МПа и предназначен для хранения сжиженного нефтяного газа при температуре от минус 35^o до плюс 45^oC. Он представляет собой металлическую емкость сварной конструкции, состоящей из свернутой в цилиндр листовой углеродистой стали обечайки 9 и двух сферических днищ 10. В центре переднего днища 10 баллона расположено отверстие с конической резьбой для ввертывания центрального штуцера с переходником 11, с помощью которого производят монтаж контрольно-предохранительного и расходно-наполнительного устройства 12 и 13 соответственно с расходным и наполнительным вентилями 14 и 15 соответственно. При монтаже переходника 11 две трубки 16 и 17, установленные в переходнике 11, располагаются внутри газового баллона и скреплены между собой при помощи хомута 18. Трубка 16 своим открытым концом выведена на уровень сжиженного газа, соответствующий предельному наполнению газового баллона 1. Трубка 17 своим концом направлена вниз для отбора жидкой фазы с самой нижней части ее объема. Трубка 17 может изменять свое положение и фиксируется открытым концом в нижнем положении после ввертывания переходника 11 в баллон 1. В корпусе переходника 11 от каждой трубки 16 и 17 выполнены отдельные каналы, оканчивающиеся коническими резьбами для подключения расходно-наполнительной и контрольно-предохранительной арматуры.

Редуктор-испаритель представляет собой двухступенчатый регулятор давления мембранно-рычажного типа с последовательным включением первой и второй ступеней 19 и 20 соответственно и теплообменником. Теплообменник 21 выполнен в виде полости 22 теплоносителя в корпусе редуктора-испарителя 5, охватывающей канал подвода газа к первой ступени 19, полость первой ступени 19 и канал подвода газа от первой ступени 19 к клапану 23 второй ступени 20. В качестве теплоносителя используются теплоноситель системы охлаждения двигателя, подводимый к испарителю через штуцер 24 от рубашки охлаждения двигателя.

Редуктор-испаритель содержит разгрузочное устройство, включающее подпружиненную мембрану 25 и вакуумную полость 26, сообщенную с впускным трубопроводом двигателя. Редуктор снабжен системой холостого хода, состоящей из клапана 27 с регулируемым проходом, выполненным в виде подпружиненной мембраны 28, пружины 29 и вакуумной камеры 30, сообщенной с впускным трубопроводом.

Рудуктор-испаритель снабжен входным штуцером 31, сообщенным через канал 32, седло 33 клапана 34 с первой ступенью 19. Клапан 34 через рычаг 35 кинематически связан с мембраной 36 первой ступени 19, нагруженной пружиной 37 и опирающейся на регулировочный диск 38. Регулятор 39 давления газа снабжен пружиной 40, кинематически связанной через рычаг 41 с клапаном 23 второй ступени и мембраной 42 второй ступени. Клапан 23 кинематически связан с седлом 43, сообщенным при помощи испарительного канала 44 с первой ступенью 19 редуктора. Вакуумная камера 26 разгрузочного устройства образована мембраной 25, нагруженной пружиной 45, и сообщена через канал 46 с впускным трубопроводом через вакуумную камеру 30. Выходной штуцер 47 через канал 48, сообщенг со второй ступенью 20, а через соединительный канал 49 регулировочный винт 50 и канал 51 с первой ступенью 19.

Дозирующее экономайзерное устройство содержит орпус 52, к которому закреплен с помощью винтов 53 корпус 54 мембраны 55, размещенной в крышке с образованием полости 56, сообщенной при помощи штуцера 57 с впускным трубопроводом. Мембрана 55 закреплена на штоке 58, на одном конце которого установлен дозатор 59 гиперболической формы, закрепленной шплинтом 60, в дозирующей шайбе 61.

С противоположной стороны штока 58 установлена пружина 62 и расположена заглушка 63, в которую ввернут микрометрометрический регулировачный винт 64, уплотняемый двумя резиновыми кольцами 65. Полость 66 отводящего канала 67 через соединительные периферийные каналы 68 сообщена с подмембранной полостью 69. В полости 56 со стороны мембраны 55 размещена ограничительная упорная шайба 70.

Газовый фильтр (фиг. 7) снабжен корпусом 71 с полостью 72, закрытым крышкой 73 с уплотнителем 74. Фильтр снабжен постоянным кольцевым магнитом 75, размещенным во входной полости 72 на центральной оси 76 по ходу газового потока. В центральной оси 76 выполнен входной и выходной каналы 77 и 78 соответственно. На центральной оси 76 размещена сетка 79, войлочные кольца 80 и металлическая сетка 81, оправа 82, опорная шайба 83, нагруженная пружиной 84. Оправка 82, входной и выходной штуцеры 86 и 87 соответственно снабжены уплотнителями 85, 88 и 89.

Контрольно-предохранительное устройство (фиг.6) снабжено корпусом 90 с запорным винтом 91 с уплотнителем 92 и подвижной иглой 93, кинематически связанной с винтом 91, клапаном 94, регулировочным колпачком 95 и размещенной между ними пружиной 96 и соединительным каналом 97, сообщенным с атмосферой. Колпачок 95 снабжен уплотнением 98, размещенным в корпусе 90.

Газосмесительное устройство (фиг.8) снабжено верхней и нижней частью 99 и 100 соответственно, горизонтальный газоподводящий патрубок 101 расположен в нижней части 100 и сообщен с вертикальным газовым каналом 102, двумя диффузорами 103, верхней и нижней прокладками 104 и 105 соответственно. В центральной части выполнено два горизонтальных канала 106, сообщенных с диффузорами 103. В нижней части 100 размещено два регулировочных винта 107 с пружиной 108. Верхняя и нижняя части 99 и 100 соединены между собой при помощи стяжного винта 109.

Система подачи газа в двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.

Для заправки баллона сжиженным газом необходимо вывернуть заглушку из заправочного переходника 3 и присоединить струбцину заправочной колонки к переходнику 3. Затем необходимо открыть наполнительный вентиль 15 на баллоне 1.

Для контроля за наполнением баллона 1 необходимо отвернуть запорный винт 91 контрольно-предохранительного устройства на 2-3 оборота. При этом из канала 97 контрольно-предохранительного устройства начинает выходить паровая фаза газа. При заполнении баллона на 90% из контрольно-предохранительного устройства начинает выходить жидкая фаза газа. При этом необходимо закрыть наполнительный вентиль 15, дождавшись выхода из контрольно-предохранительного устройства паровой фазы, завернуть запорный винт 91 до упора. После этого необходимо отсоединить струбцину от заправочного переходника 3 и ввернуть в переходник заглушку. При открытии расходного вентиля 14 жидкая фаза поступает в газовую магистраль. Если переключатель вида топлива 8 находится в положении "ГАЗ" и зажигание включено, то электромагнитный газовый клапан с газовым фильтром 4 открыт и газ проходит через фильтр, поступая к редуктору-испарителю 5.

При перекрытии газовой магистрали и неработающем двигателе во всех полостях редуктора давление равно атмосферному. При подаче газа через штуцер 31 газ поступает через канал 32, седло 33 клапана 34 первой ступени 19. Вследствие этого в центре мембраны 36 начинает действовать сила от перепада давлений на ее поверхности. Под действием этой силы мембрана 36 перемещается вверх, преодолевая усилие пружины 37 до тех пор, пока клапан 34 первой ступени 19, перемещаемой рычагом 35, связанным шарнирно с мембраной 8, не перекроет седло 33 клапана 34 первой ступени 19. Давление в полости первой ступени 19, при котором закрывается клапан 34 первой ступени 19, определяется характеристикой пружины 37 и регулируется установкой регулировочных дисков 38, устанавливаемых между пружиной 37 и первой ступенью 19. Из полости первой ступени 19 газ проходит по каналу 32 к седлу 43 клапана 23 второй ступени 20.

Седло 43 остается открытым клапаном 23 под действием пружины 45 разгрузочного устройства и пружины 40 регулятора. Усилие от пружин 45 и 50 передается на клапан 23 через рычаг 41, связанный шарнирно с мембраной 42 второй ступени 20. Регулировка, обеспечивающая герметичное закрытие клапана 23 при неработающем двигателе, осуществляется вращением клапана 23, имеющего резьбовое соединение с рычагом 41.

При проворачивании коленчатого вала двигателя во впускном трубопроводе создается разрежение, передаваемое и в вакуумную полость 26 разгрузочного устройства. Под действием разрежения в полости 26 мембрана 25 разгрузочного устройства перемещается вниз, сжимая пружину 45, тем самым уменьшая закрывающее усилие через рычаг 41 на клапан 23. Клапан 23 второй ступени 20 под действием давления газа в полости 19 первой ступени перемещается, открывая седло 43. Газ из полости первой ступени 19 выходит в полость второй ступени 20 до тех пор, пока усилие от перепада давлений, возникающее в центре мембраны 42 второй ступени 20, передаваемое на клапан 23 и запирающее его, не становится больше усилия от давления газа в полости первой ступени 19, открывающего клапан 23.

Давление газа в полости второй ступени 20, при котором происходит закрытие клапан 23, регулируется вращением винта 39 регулятора, изменяющего натяжение пружины 40.

По мере увеличения расхода газа через выходной штуцер 47 клапана 23 открывается, в полость второй ступени 20 поступает количество газа, вышедшего через штуцер 47, необходимое для поддержания заданного давления в полости второй ступени 20.

При работе двигателя на холостом ходу во впускном трубопроводе разрежение, имеющее максимальную величину, передается в вакуумную полость 30 клапана 27 холостого хода. Под действием разрежения мембрана 28 перемещается, сжимая пружину 29, и перемещает клапан 27 холостого хода, открывающий канал из полости первой ступени 19 в полость второй ступени 20.

Проходное сечение канала 51 регулируют при помощи регулировочного винта 50. При увеличении открытия дроссельной заслонки карбюратора-смесителя или при остановке двигателя разрежение, действующее на мембрану 28, становится недостаточным и клапан 27 под действием пружины 29 закрывается.

В карбюраторе-смесителе газ смешивается с воздухом и подается в двигатель. При остановке двигателя редуктор автоматически перекрывает подачу газа.

Формула изобретения

1. Система подачи газа в двигатель внутреннего сгорания, содержащая газовый баллон с расходно-наполнительным и контрольно-предохранительным устройствами, электромагнитный клапан, двухступенчатый редуктор-испаритель с первой и второй ступенями, запорными клапанами и с разгрузочным устройством и карбюратор-смеситель с газосмесительным устройством, причем разгрузочное устройство образовано полостью, выполненной во внутренней перегородке корпуса, герметично отделенной от второй ступени, подпружиненной мембраной со штоком, подмембранная полость сообщена с впускным трубопроводом, шток мембраны кинематически связан с рычагом клапана второй ступени, а полость первой ступени сообщена с полостью второй ступени через клапан второй ступени, отличающаяся тем, что двухступенчатый редуктор-испаритель выполнен с дозирующим экономайзерным устройством, электромагнитный клапан - с газовым фильтром, газовый баллон снабжен центральным штуцером с переходником, с размещенными в нем расходно-наполнительным и контрольно-предохранительным устройствами с каналами и подключенными к ним двумя газопроводами, один из которых направлен вверх в сторону уровня жидкой фазы, а второй - вниз в сторону отбора жидкой фазы, контрольно-предохранительное устройство снабжено контрольным клапаном с запорным винтом, кинематически связанной с ним подвижной иглой и соединительным каналом, предохранительным клапаном с соединительным каналом и отводящим патрубком, сообщенным с каналами расходно-наполнительного и контрольно-предохранительного устройств, газовый фильтр снабжен постоянным кольцевым магнитом, размещенным во входной полости на центральной оси по ходу газового потока, полость первой ступени сообщена с полостью второй ступени через испарительный канал, дозируюшее экономайзерное устройство снабжено отводящим каналом газа, сообщенным через периферийные каналы с подмембранной полостью и карбюратором-смесителем, и размещено на корпусе газового редуктора, дозатор выполнен гиперболической формы и установлен в жиклере с возможностью его перекрытия, система холостого хода снабжена размещенными в корпусе регулировочным винтом, вакуумной полостью с мембраной, запорным клапаном с седлом, жестко связанным с мембраной и выходным патрубком газа, сообщенным через газовый канал, с размещенным в нем регулировочным винтом, с первой ступенью редуктора-испарителя, причем корпус системы холостого хода связан с корпусом редуктора испарителя.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что редуктор-испаритель снабжен регулятором давления газа, выполненным в виде регулировочного винта, рычага и пружины, размещенной между рычагом и регулировочным винтом.

3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что газосмесительное устройство снабжено газоподводящим патрубком и каналами, сообщенными с диффузорами карбюратора-смесителя и регулировочным винтом, размещенным в газоподводящих каналах.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10