Устройство для подачи газообразного топлива в двигатель внутреннего сгорания

Устройство для подачи газообразного топлива в двигатель внутреннего сгорания

Реферат

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к устройствам для подачи газообразного топлива в двигатель внутреннего сгорания (ДВС), и может быть использовано в системах питания автомобилей с карбюраторными двигателями, работающими как на жидком, так на газообразном топливе.

Автомобильный транспорт нашей страны продолжает быстро развиваться: совершенствуется и видоизменяется, растет численность парка. Вместе с этим увеличиваются и затраты на жидкое автомобильное топливо. Поэтому мероприятия, направленные на сбережение жидких нефтепродуктов, стоят очень остро.

Одним из радикальных средств решения существующих проблем на автомобильном транспорте является широкое применение сжиженных (смесь пропан-бутана) и сжатых (метан) углеводородных газов. Однако перевод ДВС с жидкого моторного топлива на газообразное сопровождается снижением мощности для сжиженного нефтяного и сжатого природного газа на 7-8% и 15-18% соответственно. При применении в ДВС устройств, обеспечивающих возможность использования как жидкого, так и газообразного топлива, кроме существующих проблем сохранения мощности, приемистости и основных удельных характеристик ДВС при работе на газообразном топливе не хуже, чем на жидком, имеют место проблемы улучшения экономичности устройств и упрощения их конструкции с целью снижения трудоемкости изготовления и стоимости.

Известно устройство для подачи газообразного топлива в ДВС, содержащее карбюратор-смеситель с диффузором измерения, смеситель во входном коллекторе, регулятор постоянного давления с регулируемым дросселем, редуктор-испаритель с управляющей полостью и полостями низкого и высокого давлений (патент России №2165539 от 20 апреля 2001 г., кл. F 02 М 21/04 - прототип).

Недостатком указанного устройства является то, что оно имеет сложную конструкцию и производит подачу газообразного топлива на всех режимах работы ДВС. Задачей изобретения, сохраняя все преимущества прототипа, является устранение указанных недостатков, а именно упрощение конструкции устройства и повышение его экономичности за счет замены регулятора постоянного давления и управляющей полости редуктора-испарителя на камеру в редукторе-испарителе, поддерживающую давление газообразного топлива за полостью низкого давления редуктора-испарителя равным давлению воздуха в критическом сечении диффузора и отключающую подачу газообразного топлива в ДВС на режиме принудительного холостого хода.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для подачи газообразного топлива в ДВС, содержащем карбюратор с диффузором измерения расхода воздуха, дроссельную заслонку, входной коллектор с форсункой, соединенной магистралью с дросселирующим соплом, редуктор-испаритель с управляющей полостью и полостями низкого и высокого давлений, согласно изобретению над полостью низкого давления расположена камера, отслеживающая изменение давления в критическом сечении диффузора измерения расхода воздуха, разделенная мембраной на две полости - надмембранную, соединенную магистралью с критическим сечением диффузора, и подмембранную, соединенную каналом через регулируемый дроссель с подмембранной полостью низкого давления редуктора-испарителя, и имеющую шарнирно связанный с мембраной подпружиненный рычажный клапан, взаимодействующий с дросселирующим соплом, соединенным магистралью с форсункой во входном коллекторе, а в крышке надмембранной полости камеры соосно установлен настроечный винт, взаимодействующий через пружину с мембраной.

Предложенное устройство для подачи газообразного топлива в ДВС представлено на чертеже, где:

1 - редуктор-испаритель;

2 - камера;

3 - диффузор;

4 - мембрана камеры;

5 - полость низкого давления;

6 - мембрана низкого давления;

7 - полость высокого давления;

8 - мембрана высокого давления;

9, 16 - магистраль;

10, 13, 25, 31 - пружина;

11, 26 - настроечный винт;

12, 23, 27- рычаг;

14, 24, 28 - клапан;

15, 22 - сопло;

17 - форсунка;

18 - входной коллектор;

19, 30 - жиклер;

20 - регулируемый дроссель;

21 - канал;

29 - входной канал;

32 - карбюратор;

33 - дроссельная заслонка;

34 - измеритель расхода воздуха.

А - надмембранная полость камеры;

В - подмем бранная полость камеры;

С - надмембранная полость низкого давления;

D - подмембранная полость низкого давления;

Е - надмембранная полость высокого давления;

Н - подмембранная полость высокого давления.

Устройство содержит редуктор-испаритель 1, состоящий из камеры 2, отслеживающей изменение давления в критическом сечении диффузора 3, разделенной мембраной 4 на полости А и В, полости низкого давления 5, разделенной мембраной низкого давления 6 на полости С и D и полости высокого давления 7, разделенной мембраной высокого давления 8 на полости Е и Н, полость А магистралью 9 соединена с критическим сечением диффузора, а мембрана 4 сопряжена пружиной 10 и настроечным винтом 11, полость В через шарнирно связанный с мембраной рычагом 12 и взаимодействующий с пружиной 13, клапан 14, дросселирующее сопло 15 и магистраль 16 обеспечивает расход газообразного топлива через форсунку 17 во входной коллектор 18, полость С соединена жиклером 19 с атмосферой, из полости D газообразное топливо через регулируемый дроссель 20 и канал 21 поступает в полость В, в полость D из полости Е через сопло 22 шарнирно связанный с мембраной низкого давления рычагом 23, клапан 24, сопряженный с пружиной 25 и настроечным винтом 26, а в полость Е через шарнирно связанный с мембраной высокого давления рычагом 27, клапан 28 из входного канала 29, полость Н соединена жиклером 30 с атмосферой, а мембрана низкого давления сопряжена с пружиной 31, карбюратор 32 дроссельной заслонкой 33 регулирует подачу воздуха через измеритель расхода воздуха 34 во входной коллектор 18, клапана 14 и 24 нормально открыты, а 28 - нормально закрыт. Устройство работает следующим образом. При запуске двигателя, когда дроссельная заслонка 33 карбюратора 32 закрыта, а коленчатый вал ДВС вращается в стартерном режиме, разрежение из входного коллектора 18 через форсунку 17 по магистрали 16, полость В через канал 21 и дроссель 20 поступит в полость D, на мембране 6 возникает перепад давления полостей С и D (Р₃-Р₄), под действием которого мембрана, преодолевая усилие пружины 25 приоткрывает клапан 24 и газообразное топливо через сопло 22 поступит в полость D и далее в обратном порядке во входной коллектор для запуска ДВС.

Давление газообразного топлива, поступающего через входную магистраль 29 и клапан 28 снижается в полости Е до 0,7-0,9 кгс/см² и поддерживается в заданном диапазоне взаимодействием пружины 31 на мембрану 8. Из полости Е через сопло 22 и клапан 24 газообразное топливо поступает в полость D, где давление несколько ниже атмосферного (для преодоления усилия от пружины 25) и полость низкого давления 5 будет поддерживать такое давление в течение всего времени работы ДВС с помощью воздействия пружины 25 и перепада давлений на мембране 6. Давление в полости В (Р₂) поддерживается примерно равное давлению в полости A (P₁) или давлению в критическом сечении диффузора 3. С увеличением, например, расхода воздуха через диффузор будет увеличиваться и разрежение в его критическом сечении и соответственно в полости А, мембрана 4 при этом перемещается вверх и откроет клапан 14, увеличивая расход газообразного топлива, давление в полости В упадет на такую же величину, соответственно увеличивая перепад давлений на дросселе 20. При неизменном положении дроссельной заслонки 33 и постоянной нагрузке система придет в равновесное состояние. То же самое, но в обратной последовательности происходит при уменьшении расхода воздуха. Таким образом, на любых режимах работы ДВС, расход газообразного топлива зависит от расхода воздуха через измеритель расхода воздуха 34 в определенной пропорции.

Пружина 13 служит для разгрузки клапана 14 от воздействия усилия на клапан 14 от перепада давления в полости В и магистрали 16 (Р₂-Р₅), определяемое по следующему соотношению:

N_р=(P₂-P₅)·F_с,

где N_р - усилие разгрузки, действующее на клапан 14, кг;

Р₂ - давление газообразного топлива в подмембранной полости В, кг/см²;

Р₅ - давление газообразного топлива в магистрали 16, кг/см²;

F_с - площадь сопла 15 магистрали 16, см².

Настроечным винтом 11 через пружину 10 настраивается прикрытие клапана 14 на величину давления в полостях В и D, равному давлению Р₄, которое при воздействии на мембрану 6 создает необходимое усилие для преодоления сопротивления пружины 25 при запуске ДВС и его работы в режиме холостого хода.

В дальнейшем при работе ДВС в режиме принудительного холостого хода уменьшается давление Р₅, соответственно возрастает перепад давлений на клапане 14 и сопле 15, уменьшается площадь проходного сечения дросселирующего сопла 15 и расход газообразного топлива через сопло, при этом уменьшится перепад давлений на мембране 6 и клапан 24 под действием пружины 25 закроется и прекратится поступление газообразного топлива в ДВС.

При открытии дроссельной заслонки 33 или снижении оборотов коленчатого вала ДВС примерно до 1500 1/мин, давление P₅ возрастет, а перепад давлений на клапане 14 и сопле 15 соответственно уменьшится до первоначального значения, поэтому клапаны 14 и 24 приоткроются и газообразное топливо вновь поступит в ДВС.

Таким образом, при работе ДВС в режиме принудительного холостого хода редуктор-испаритель 1 автоматически отключает подачу газообразного топлива в ДВС и возобновляет его подачу при открытии дроссельной заслонки или снижении оборотов коленчатого вала, что в целом обеспечивает экономию газообразного топлива.

1. Устройство для подачи газообразного топлива в двигатель внутреннего сгорания, содержащее карбюратор с диффузором измерения расхода воздуха, дроссельную заслонку, входной коллектор с форсункой, соединенной магистралью с дросселирующим соплом, редуктор-испаритель с управляющей полостью и полостями высокого и низкого давлений, отличающееся тем, что над полостью низкого давления редуктора-испарителя расположена камера, отслеживающая изменение давления в критическом сечении диффузора измерения расхода воздуха, разделенная мембраной на две полости, надмембранную, соединенную магистралью с критическим сечением диффузора, и подмембранную, соединенную каналом через регулируемый дроссель с подмембранной полостью низкого давления редуктора-испарителя, и имеющая шарнирно связанный с мембраной, подпружиненный рычажный клапан, взаимодействующий с дросселирующим соплом, соединенным магистралью с форсункой во входном коллекторе.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в крышке надмембранной полости камеры соосно установлен настроечный винт, взаимодействующий через настроечную пружину с мембраной.