СПОСОБ ПУСКА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE STARTING AT LOW TEMPERATURES AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области автомобилестроения и может быть использовано при пуске двигателей внутреннего сгорания при очень низкой температуре окружающей среды, характерной для районов Сибири и Крайнего Севера.
Известен способ пуска двигателя внутреннего сгорания автотранспортного средства при низких температурах окружающей среды, заключающийся в подаче дополнительного топлива во впускной трубопровод (см. книгу С.В. Акимов, Ю.П. Чижков. Электрооборудование автомобилей. - М.: Изд-во ЗАО КЖИ «За рулем», 2001. - 384 ч., с.183-184, рис.5.5).
Известен также способ пуска двигателя внутреннего сгорания автотранспортного средства при низкой температуре, заключающийся в подаче подогретого топлива во впускной трубопровод (Патент РФ №2295057, М. кл. F02M 53/00, «Система впрыска топлива», Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ″Омский государственный технический университет″, авторы А.П. Болштянский, В.Е. Щерба, Ю.А. Зензин, Е.А. Павлюченко. - Опубл. 10.03.2007).
Недостатком известных способов является невозможность их использования в автотранспортных средствах, не оборудованных при выпуске с завода соответствующими агрегатами, встроенными в систему топливопитания, неэффективность применения при температуре ниже -30-35 градусов Цельсия вследствие плохой испаряемости обычного топлива и большие затраты электроэнергии аккумуляторной батареи, которая одновременно с питанием работы стартера тратит электроэнергию на согрев топлива. Последнее особенно важно для работы автотранспортного средства на значительном удалении от жилых районов, когда посторонней помощи в пуске двигателя может не быть.
Все перечисленное говорит о том, что в целом надежность известных методов низка, а в случае отсутствия соответствующих агрегатов в конструкции автомобиля их пуск при очень низких температурах практически невозможен.
Задачей изобретения является повышение надежности и универсальности способа пуска двигателя внутреннего сгорания при низких температурах.
Указанная задача решается тем, что подогрев топлива производят вне моторного отсека автотранспортного средства до температуры его испарения, в том числе равной температуре его кипения. При этом через подогретое топливо во время пуска двигателя могут пропускать атмосферный воздух и направлять его вместе с топливом во впускной патрубок, а перед пропусканием атмосферного воздуха через подогретое топливо его распыляют в объеме этого топлива.
В агрегате для пуска двигателя внутреннего сгорания, содержащем емкость, частично заполненную топливом, и устройство для ее подсоединения к впускному патрубку двигателя, в нижней части емкости устанавливают устройство для подогрева этого топлива. При этом емкость, частично заполненная топливом, может содержать канал, первый конец которого расположен внутри емкости ниже уровня топлива, а второй конец - выше уровня топлива и соединен с атмосферой, причем этот канал снабжен обратным клапаном, предотвращающим вытекание топлива из емкости, причем агрегат может быть снабжен дополнительной емкостью, заполненной сжатым воздухом, и каналом, соединяющим полость дополнительной емкости через электромагнитный клапан со вторым концом канала, а первый конец канала может быть снабжен распиливающим устройством, а весь агрегат может находиться в теплоизоляционном контейнере.
При использовании для испарения топлива теплообменных аппаратов нижняя часть емкости, частично заполненная топливом, соединена каналом с входом теплообменника через регулятор расхода, а теплообменник имеет два канала выхода, первый из которых направлен в сторону теплообменника и имеет на конце топливную форсунку, а второй является входом для устройства присоединения к впускному патрубку двигателя. Теплообменник может иметь две не сообщающиеся друг с другом полости, вход первой из которых соединен каналом с частично заполненной топливом емкостью через регулятор расхода, а выход - с каналом, имеющим на конце топливную форсунку, а вторая полость теплообменника соединена входным каналом с частично заполненной топливом емкостью через клапан, например, электромагнитного типа и выходным каналом с устройством для подсоединения к впускному патрубку двигателя, при этом входной канал, соединяющий вторую полость теплообменника через клапан с частично заполненной топливом емкостью, выполнен в виде двух сообщающихся сосудов, причем один сосуд своим свободным концом соединен с клапаном, а свободный конец другого сосуда выведен за пределы емкости в ее верхней части, снабжен герметичной крышкой и отверстием, расположенным внутри емкости выше уровня топлива. Вторая полость теплообменника может быть также выполнена в виде витой трубки, один конец которой соединен с клапаном, а другой конец подсоединен к устройству для подсоединения к впускному патрубку двигателя.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 изображен простейший агрегат для пуска двигателя, в котором давление паров топлива создается только его нагревом.
На фиг.2 - тот же агрегат в процессе прогрева.
На фиг 3. - тот же агрегат во время впрыска паров топлива во впускной трубопровод.
На фиг.4 - тот же агрегат в процессе барботажа наружного воздуха через топливо во время впрыска паров топлива во впускной трубопровод.
На фиг.5 - тот же агрегат с дополнительной емкостью, заполненной сжатым воздухом.
На фиг.6 изображен агрегат с дополнительной емкостью во время подачи паров топлива во впускной трубопровод.
На фиг.7 показан агрегат с теплообменным аппаратом и топливной форсункой для подогрева теплообменника в действии.
На фиг.8 изображен агрегат с теплообменником и отдельно вынесенным патрубком для подачи паров топлива во впускной трубопровод.
На фиг 9 показан агрегат с двумя полостями теплообменника в процессе прогрева теплообменников.
На фиг.10 - этот же агрегат во время подачи во впускной трубопровод паров топлива.
На фиг.11 изображен агрегат с двумя полостями теплообменника и U-образным каналом подвода топлива к той полости теплообменника, в которой образуются пары впрыскиваемого во впускной патрубок топлива.
На фиг.12 показан агрегат, в котором функцию одной из двух полостей теплообменника выполняет витая трубка.
Агрегат для пуска двигателя внутреннего сгорания (фиг.1) состоит из емкости 1, частично заполненной жидким топливом 2 и соединенной через электромагнитный клапан 3 с устройством 4 для подсоединения к впускному патрубку. Емкость 1 установлена в кожухе 5 с образованием кольцевого дымохода 6, имеющего отверстия для входа воздуха 7 и для выхода дымовых газов 8. В нижней части емкости 1 установлено устройство 9 для ее подогрева. В емкость 1 погружен канал 10, первый конец которого находится ниже уровня топлива и снабжен распиливающим устройством 11, а второй конец выведен в атмосферу через обратный клапан 12. Верх емкости 1 соединен с атмосферой также через предохранительный клапан 13. Емкость 1 вместе с кожухом 5 установлена в теплоизолирующем контейнере 14 с крышкой 15. Во время работы агрегата он подсоединяется к впускному патрубку 16 (фиг.2).
При использовании дополнительной емкости 17 (фиг.5), заполненной сжатым воздухом, агрегат дополнительно содержит поршневой прямоточный насос 18, опущенный в эту дополнительную емкость, а также канал 19, соединяющий полость дополнительной емкости 17 через электромагнитный клапан 20 с каналом 10.
Устройство, использующее теплообменный аппарат (фиг.7), также содержит емкость 1, частично заполненную топливом 2, а насос 18 установлен непосредственно в емкости 1, нижняя часть которой соединена через канал 21 и регулятор расхода 22 с каналом 23 с входом теплообменника 24, имеющего два выхода, первый из которых 25 направлен в сторону теплообменника 24 и имеет на конце топливную форсунку 26, а второй 27 является входом для устройства подсоединения к впускному патрубку двигателя. Теплообменник 24 имеет эжектор 28 с отверстиями 29 для подсоса воздуха и пламегасителем 30 на выходе. Для предварительного разогрева теплообменника 24 в его нижней части установлено корытце 31, которое на фиг.9-12 условно не показано.
При использовании двух не сообщающихся друг с другом полостей в теплообменнике 24 (фиг.9) последний разбит на две полости - первую 32 и вторую 33. Вход первой полости 32 соединен каналом с емкостью 1 через канал 23, регулятор расхода 22 и канал 21, а выход - с каналом 25, имеющим на конце форсунку 26, направленную в сторону теплообменника 24. Вторая полость 33 входным каналом 34 соединена с емкостью 1 через электромагнитный клапан 35 и канал 36, а с устройством для подсоединения к впускному патрубку 16 через канал 37.
При использовании на входе второй полости 33 двух сообщающихся сосудов U-образной формы (фиг.11) один сосуд 38 соединен с клапаном 35, а другой конец 39 выведен за пределы верхней части емкости 1, снабжен герметичной крышкой 40 и имеет отверстие 41 в верхней части выше уровня топлива 2.
Вторая полость 33 теплообменника 24 может быть выполнена в виде витой трубки 42 (фиг.12).
Предложенный способ реализуется следующим образом.
В простейшем случае (фиг.1), когда подогрев топлива возможен в помещении, с агрегата снимают крышку 15, вынимают кожух 5 вместе с емкостью 1, выворачивают клапан 3, заполняют емкость 1 частично топливом, вворачивают обратно клапан 3, убирают устройство 9 и производят подогрев емкости 1 вместе с кожухом 5 на любом нагревательном приборе до тех пор, пока не сработает предохранительный клапан 13. После этого в обратном порядке собирают агрегат и транспортируют его к автомобилю, двигатель которого подлежит пуску. Далее снимают крышку 15, производят соединение устройства 4 с впускным патрубком 16 двигателя (см. также фиг.3), подсоединяют контакты клапана 3 параллельно стартеру двигателя, включают зажигание и производят пуск стартера. Одновременно с вращением стартера и двигателя открывается клапан 3 и образовавшиеся при нагреве топлива его пары поступают во впускной патрубок, смешиваясь с всасываемым в двигатель холодным воздухом. При этом частично пары конденсируются в мельчайшие капли (диаметром порядка 3-5 мкм), отдавая теплоту конденсации всасываемому воздуху и подогревая его, а частично остаются в газообразном состоянии. Поступившая в цилиндры двигателя образовавшаяся горючая смесь легко поджигается, т.к. мельчайшие капли топлива имеют большую суммарную поверхность и, имея маленькую массу, легко испаряются в цилиндре при подводе к ним теплоты сжатия на такте сжатия, а значительная часть топлива осталась в виде готовых к воспламенению паров.
После того как все готовые к впуску пары топлива выходят из емкости 1, давление в ней падает ниже давления атмосферы, т.к. емкость 1 подсоединена к впускному патрубку двигателя 16, давление в котором ниже атмосферного. При этом открывается клапан 12 (фиг.4), атмосферный воздух поступает по каналу 10 в распыливающее устройство 11 и начинает барботировать через горячее топливо 2, нагревается и насыщается его парами, а затем попадает через клапан 3 и устройство 4 в патрубок 16, поддерживая работу запустившегося двигателя. После того как двигатель начал работать устойчиво, клапан 3 отключают и далее двигатель работает в штатном режиме прогрева.
Более сложна ситуация, при которой нет возможности прогреть емкость 1 в помещении или когда транспортировка агрегата происходит очень долго и емкость 1 успевает частично остыть. В этом случае (фиг.2) нагрев емкости 1, заранее частично заполненной топливом, производят, используя устройство 9, которое сначала выдвигается из контейнера 14, заполняется горючим материалом, например таблетками сухого спирта, поджигается и устанавливается на место. Крышка 15 при этом открыта для обеспечения циркуляции дымовых газов. Прогрев производится до тех пор, пока не сработает предохранительный клапан 13, после чего агрегат используется так, как описано выше.
Аналогично применяется способ при использовании конструкции агрегата, изображенной на фиг.5 и 6. Емкость 1 частично заполняется топливом, а с помощью насоса создается давление воздуха в емкости 17. После этого в помещении или автономно с помощью устройства 9 производится прогрев емкостей 1 и 17 и подсоединение емкости 1 через устройство 4 к впускному патрубку 16 двигателя. Затем производят пуск стартера и одновременно открывают клапаны 3 и 20. При этом пары топлива, образовавшиеся как при нагреве емкости 1, так и появившиеся в результате барботажа горячего воздуха из емкости 17, попадают во впускной патрубок двигателя, облегчая его пуск. Преимуществом данной конструкции перед вышеописанной является тот факт, что через распиливающее устройство 11 в полость 1 попадает горячий воздух, что повышает температуру паров топлива и препятствует их конденсации на пути к цилиндрам двигателя.
При использовании теплообменника для создания паров топлива (фиг.7-12) способ пуска двигателя осуществляется следующим образом. При закрытом регуляторе расхода 22 с помощью насоса 18 в емкости 1, частично заполненной топливом (фиг.7), создается избыточное давление, достаточное для работы форсунки 26. Затем в корытце 31 помещают любое топливо (сухой спирт, бензин и т.д.), поджигают его и прогревают теплообменник 24. Далее открывают регулятора расхода и топливо подается через канал 21 к форсунке 26 через теплообменник 24, частично испаряется в этом теплообменнике и истекает через форсунку 26 в эжектор 28. На выходе из форсунки 26 топливо поджигают и образуется пламя, которое располагается сразу за отверстиями 29, через которые подсасывается воздух из окружающей среды. Происходит дальнейший прогрев теплообменника 24. Одновременно смесь паров и жидкого топлива проходит по каналу 27.
При полном прогреве теплообменника 24 в нем происходит полное испарение топлива и через канал 27 начинает проходить только пары топлива, которые перегреваются, проходя по каналу 27 через пламя. После стабилизации процесса получения перегретых паров топлива канал 27 подсоединяют к устройству для подачи паров во впускной патрубок (не показано) и производят пуск двигателя.
Конструкция, изображенная на фиг.8, работает аналогично показанной на фиг.7.
Несколько более сложные, но дистанционно управляемые и более безопасные в обращении конструкции агрегата показаны на фиг.9-12.
Начало работы с агрегатом (фиг.9) аналогично вышеописанным действиям с конструкциями, изображенными на фиг.7 и 8. Однако, в данном случае теплообменник 24 имеет две индивидуальные полости (32 и 22) и работа по прогреву теплообменника производится только одной полостью 32. После того как теплообменник 24 полностью прогрелся, с помощью регулятора расхода 22 прекращают подачу топлива к форсунке и пламя в эжекторе 28 гаснет. Только тогда (фиг.10) агрегат устанавливается рядом с моторным отсеком, производится соединение канала 37 с устройством для подачи паров топлива во впускной патрубок 16 (не показаны) и производится пуск стартера с одновременным включением клапана 35, через который топливо попадает в полость 33 теплообменника 24, испаряется там и поступает во впускной патрубок двигателя. То есть в данном случае работа в непосредственной близости от моторного отсека производится с выключенной форсункой 26 и при отсутствии пламени в агрегате, что повышает безопасность работ по пуску двигателя.
В том случае если для гарантированного пуска двигателя лучше использовать топливо, обладающее специальными свойствами (ацетон, спирт, эфир, бензин со специальными добавками), применяется конструкция, изображенная на фиг.11, которая работает аналогично вышеописанной, но в которой канал 36 соединен с сообщающимися сосудами 38 и 39. Сосуд 38 выполняет функцию обычного канала, а сосуд 39 является емкостью, которую перед работой агрегата заполняют при снятой крышке 40 специальным топливом до уровня отверстий 41, через которые давление в емкости 1, созданное насосом 18 при закрытой крышке 40, действует на это топливо, вытесняя его в полость 33, где оно испаряется и подается во впускной патрубок 16 (на фиг. не показан).
Несколько более простой по конструкции вариант агрегата, реализующего предложенный способ при использовании теплообменника с двумя полостями, показан на фиг.12. Здесь конструкция второй полости теплообменника 24 выполняется в виде витой трубки 42, ось витка которой с некоторой точностью совпадает с осью эжектора 28. В этом случае после завершения прогрева теплообменника 24, как и в предыдущей конструкции, регулятором 22 прекращают поступление топлива к форсунке 26, пламя в эжекторе 28 гаснет и агрегат соединяется каналом 37 с устройством для подачи паров бензина во впускной патрубок 16 (не показаны), после чего одновременно с пуском стартера открывается клапан 35 и пары испарившегося в нагретой трубке 42 топлива подаются в двигатель.
Предложенный способ пуска двигателя внутреннего сгорания автомобиля при низких температурах окружающей среды позволяет во время пуска подавать во впускной патрубок двигателя и далее через газораспределительный механизм - в его цилиндры топливовоздушную горючую смесь, содержащую независимо от температуры окружающей среды и деталей двигателя горячие пары топлива и его мельчайшие частицы, что существенно облегчает процесс воспламенения топлива в цилиндрах двигателя и повышает надежность его пуска.
Кроме того, такой способ и реализующие его предложенные устройства дают возможность использовать их при пуске двигателей любых автомобилей независимо от конструктивных особенностей двигателей и наличия или отсутствия в них дополнительных штатных устройств, облегчающих пуск двигателя, что повышает универсальность способа пуска.