БЕНЗОГАЗОВАЯ СИСТЕМА ПИТАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к двухтопливным системам питания двигателей внутреннего сгорания (ДВС), работающим на жидком углеводородном топливе (бензине), на газе и на смеси жидкого углеводородного топлива с газом.
Одна из важнейших проблем современности - улучшение экологических показателей работы ДВС транспортных средств, работающих на жидком моторном топливе и экономия топлива.
Одним из направлений улучшения экологичности выхлопа ДВС является создание гомогенной топливной смеси, состоящей из воздуха, низкомолекулярных углеводородов (газов - метан, пропан, бутан) и высокомолекулярных углеводородов (жидких нефтяных топлив - бензинов или дизельного топлива).
Такие смеси обеспечивают более полное их сгорание в цилиндрах ДВС, что ведет к уменьшению вредных выбросов в окружающую среду.
Перевод работы двигателей внутреннего сгорания с жидкого моторного топлива на газ (см., например. Систему питания ДВС сжиженным газом по патенту РФ на полезную модель N17575, F 02 M 21/02, 2000) частично решает экологическую проблему, содержание токсичных компонентов в отработавших газах снижается, но при этом значительно, до 30% падает мощность двигателей.
Кроме этого эксплуатация ДВС на чистом газе приводит к повышенному износу газораспределительного механизма.
В то же время газовое топливо имеет повышенное октановое число (до 110 ед.), что позволяет в режиме двухтопливной смеси использовать дешевые низкооктановые бензины (А-76) и получать смеси с октановым числом 92-95 ед., что при сохранении мощности ведет к значительной экономии средств на топливе.
Режим питания двухтопливными смесями не требует конструктивных изменений двигателей.
Известны различные конструкции двухтопливных систем питания ДВС, позволяющих обеспечить питание ДВС смесью бензина и газа -см., например, а.с. СССР N1746023, F 02 M 21/00, 1989; патент РФ N2005904, F 02 M 13/08, 1992; патент РФ N2054571, F 02 M 13/00, 1991; патент РФ N2067684, F 02 M 21/04, 1995; патент РФ N2072437, F 02 M 13/00, 21/00, 1993; патент РФ N2074970, F 02 M 21/02, 1993; патент РФ N2079691, F 02 M 21/02, 1996; патент РФ N2212554, F 02 D 19/00, F 02 M 31/18, F 02 M 51/00, 2002; патент США N4450821, F 02 M 13/08, 1984; патент США N4926831, F 02 M 31/18, 1990 и др.
Все известные двухтопливные системы питания ДВС, хотя и позволяют осуществлять питание ДВС как бензином, так и газом, однако, как показала практика, ряд их конструктивных особенностей ограничивает их широкое применение.
Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемому результату от его использования к заявляемому решению является известная бензогазовая система питания двигателя внутреннего сгорания по патенту РФ N2087738, F 02 M 13/06,21/02, 1993, которая содержит:
контур подачи жидкого углеводородного топлива (бензина), включающий бензобак, соединенный через топливную магистраль и ряд установленных в ней топливных агрегатов (главный топливный жиклер, распылитель , канал системы холостого хода и т.д.) с задроссельным пространством всасывающего коллектора двигателя,
контур подачи газового топлива, включающий горизонтально расположенный газовый баллон, оснащенный запорно-расходной арматурой (представляющей собой два вентиля - заправочио-расходный вентиль для жидкой фазы газа и запорный вентиль для паровой фазы газа), причем
вентили врезаны в корпус газового баллона в разных местах (разнесены к верхней и нижней образующим цилиндрической поверхности газового баллона) - первый заправочно-расходный вентиль для жидкой фазы газа врезан в нижней части, а второй запорно-расходный вентиль для паровой фазы газа - в верхней части газового баллона, сообщенного со всасывающим коллектором посредством основного газопровода и двух дополнительных газопроводов: первого - для переходного режима и малых нагрузок и второго - для холостого хода.
Основной газопровод содержит последовательно расположенные по ходу газопровода: многоступенчатый фильтр предварительной очистки жидкой фазы газа, испаритель, соединенный трубопроводом с системой охлаждения двигателя, одноступенчатый редуктор, установленный в низконапорной части магистрали газопровода запорный электромагнитный клапан, электрически связанный с генератором посредством реле генератора и управляющего реле.
Тройник с жиклером первого дополнительного газопровода вмонтирован во всасывающий коллектор на место сливной трубки. При этом, первый дополнительный газопровод имеет электромагнитный клапан, управляемый контактом-прерывателем.
Второй дополнительный газопровод имеет штуцер-заглушку с жиклером для подачи газа.
Данная бензогазовая система питания ДВС хотя и позволяет обеспечить работу ДВС под нагрузкой как отдельно на бензине, так и на смеси бензина с газом, а также только на холостом ходу на чистом газе, однако, данная система, во-первых, не может работать под нагрузкой только на чистом газе (что не дает возможности максимального использования экологических преимуществ данного режима работы двигателя) и, во-вторых, имеет низкую надежность из-за относительно большого
количества соединений в газовой магистрали высокого давления, из-за нестандартной конструкции газового баллона с дополнительной врезкой второго вентиля, а также из-за установки электромагнитного клапана в низконапорной части магистрали трубопровода, что повышает опасность выхода из строя газопровода на высоконапорном участке и, соответственно, системы питания в целом, что, в конечном счете, существенно ограничивает область ее использования.
При этом следует отметить то, что применение в бензогазовой системе питания ДВС нестандартного газового баллона с двумя разнесенными вентилями, как показала практика, приводит к неоправданному усложнению конструкции, к снижению надежности эксплуатации газового баллона и к увеличению себестоимости его изготовления (см. Стопалов С.Г. «Газобаллонные тракторы и комбайны». Обзор, ЦИНТИАМ, Москва, 1964, с.25,26).
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является существенное расширение функциональных возможностей двухтопливной (бензогазовой) системы питания ДВС при сохранении оптимальной мощности двигателя, снижении затрат на топливо при улучшении экологических показателей.
Данная задача решается с помощью технического результата от использования предлагаемой полезной модели, заключающегося в расширении арсенала уже имеющихся технических средств определенного назначения, позволяющих,
во-первых, существенно повысить надежность работы системы питания ДВС путем упрощения ее конструкции за счет сокращения количества газопроводов, а также повышения надежности работы газового баллона и высоконапорной части основного газопровода,
во-вторых, существенно расширить диапазон работы ДВС под нагрузкой за счет обеспечения работы ДВС в этом режиме на чистом газе.
Указанный результат достигается тем, что в известной бензога-зовой системе питания ДВС, содержащей:
контур подачи жидкого углеводородного топлива (бензина), включающий бензобак, соединенный через топливную магистраль и ряд установленных в ней топливных агрегатов с задроссельным пространством всасывающего коллектора двигателя,
контур подачи газового топлива, включающий горизонтально расположенный газовый баллон, оснащенный заправочно-расходным вентилем для жидкой фазы газа, к выходу которого подключен газопровод и расположенные по ходу газопровода: первый фильтр предварительной очистки жидкой фазы газа, испаритель, соединенный трубопроводом с системой охлаждения двигателя, одноступенчатый редуктор, запорный электромагнитный клапан для отключения газа,
дополнительно введены:
трехпоэиционный ("Бензин", "Бензин + Газ", "Газ") переключатель режимов работы двигателя,
второй фильтр-отстойник вихревого типа из прозрачного материала, подсоединенный к выходу одноступенчатого редуктора,
двухканальный пневмораспределитель газового потока с электроприводом, подсоединенный к выходу второго фильтра-отстойника,
двухканальное дозирующее устройство, с одной стороны подсоединенное к выходу пневмораспределителя, а с другой стороны сообщенное со всасывающим коллектором двигателя и состоящее из двух дозаторов игольчатого типа - первого для регулировки подачи газа в режиме работы двигателя на чистом газе и второго - для регулировки подачи газа в режиме работы двигателя на смеси бензина с газом.
При этом каждый дозатор состоит из корпуса, запорной профилированной иглы, винта регулировки холостого хода, упорной гайки, регулировочного винта, приводного тросика, соединенного с рычагом привода
дроссельной заслонки двигателя, контргайки и запорной пружины.
Запорный электромагнитный клапан для отключения газа установлен на высоконапорном участке магистрали газопровода и пневматически подключен ко входу испарителя и электрически соединен с трехпозиционным переключателем режимов работы двигателя.
Кроме этого, дополнительно введен предохранительный стравливающий вентиль для паровой фазы газа, размещенный в одном корпусе, подсоединенном к горловине газового баллона, с заправочно-расходным вентилем для жидкой фазы газа.
Дополнительно также введен блок световой индикации режима работы двигателя, выполненный в виде трех светодиодов: первого ("Режим работы на газе"), второго ("Режим работы на смеси бензина с газом") и третьего ("Режим работы на бензине"), либо подключенных к трехпозиционному переключателю режимов работы двигателя, либо два из них - первый и Второй светодиоды электрически подключены к группе электроконтактов, состоящей из подвижного электроконтакта, установленного на штоке пневмораспределителя и двух неподвижных электроконтактов, а третий светодиод подключен к трехпозиционному переключателю режимов работы двигателя.
Введение новых блоков и элементов, а также особое выполнение и соединение как уже имеющихся, так и новых блоков и элементов, позволяют существенно повысить эффективность работы как самой бензогазовой системы питания ДВС, так и двигателя в целом.
Предлагаемая полезная модель пояснена чертежами, на которых показано следующее:
- на Фиг.1 изображена схема предлагаемой бензогаэовой системы питания ДВС;
- на Фиг.2 изображена конструкция дозатора подачи газа в разрезе;
- на Фиг.3 изображен продольный разрез конструкции узла подключения к горловине стандартного газового баллона расположенных в одном корпусе двух вентилей - заправочно-расходного и стравливающего;
- на Фиг.4 изображено поперечное сечение по А-А узла подключения вентилей на Фиг. 3.
Предлагаемая бензогазовая система питания двигателя внутреннего сгорания содержит:
контур подачи жидкого углеводородного топлива (бензина), включающий бензобак 1 с подсоединенным к нему электробензонасосом 2, топливный фильтр 3, топливную магистраль 4, бензиновую рампу 5, электромагнитные форсунки б, сообщенные с задроссельным пространством всасывающего коллектора 7, жестко закрепленного на головке блока цилиндров 8,
контур подачи газового топлива, включающий стандартный горизонтально расположенный газовый баллон 9, оснащенный (см. Фиг.3,4) заправочно-расходным вентилем 10 для жидкой фазы газа и размещенным с ним в одном корпусе 11 предохранительным стравливающим вентилем 12 для паровой фазы газа. К выходу заправочно-расходного вентиля 10 подключен газопровод 13 и последовательно расположенные по ходу газопровода: первый фильтр 14 предварительной очистки жидкой фазы газа, запорный электромагнитный клапан 15 магистрали высокого давления газа для отключения газа при работе двигателя на чистом бензине, электрически соединенный с трехпозиционным ("Бензин", "Бензин + Газ", "Газ") переключателем 16 режимов работы двигателя, теплообменник - испаритель 17, соединенный трубопроводом 18 с системой охлаждения (ОЖ) двигателя (на чертеже не показана), одноступенчатый редуктор 19.
К выходу одноступенчатого редуктора 19 подсоединен второй
фильтр-отстойник 20 вихревого типа из прозрачного материала, например , из стекла.
К выходу второго фильтра-отстойника 20 подсоединен двухканальный пневмораспределитель 21 газового потока с электроприводом 22.
К выходу (к выходам двух каналов) пневмораспределителя 21 подсоединено (входами двух каналов) двухканальное дозирующее устройство 23, состоящего из двух - первого 24 и второго 25 дозаторов игольчатого типа, выход которого сообщен со всасывающим коллектором 7 двигателя через газовую рампу 26 и четыре канала 27.
Первый дозатор 24 предназначен для регулировки подачи газа в режиме работы двигателя на чистом газе.
Второй дозатор 25 предназначен для регулировки подачи газа в режиме работы двигателя на смеси газа с бензином. При этом калиброванные отверстия игольчатых дозаторов 24 и 25 отличаются своими размерами.
Каждый дозатор 24,25 (см. Фиг.2) состоит из корпуса 28, запорной профилированной иглы 29, винта регулировки холостого хода 30, упорной гайки 31, регулировочного винта 32, приводного тросика 33, соединенного с рычагом 34 привода дроссельной заслонки 35 двигателя, контргайки 36 и запорной пружины 37.
Имеется также блок 38 (см. Фиг.1) световой индикации режима работы двигателя, выполненный в виде трех светодиодов: первого 39 ("Режим работы на газе"), второго 40 ("Режим работы на смеси бензина с газом") и третьего 41 ("Режим работы на бензине"), либо подключенных к трехпозиционному переключателю 16 режимов работы двигателя, либо два из них - первый 39 и второй 40 светодиоды электрически подключены к группе электроконтактов, состоящей из подвижного 42 электроконтакта, установленного на штоке 43 пневмораспределителя 21 и двух неподвижных - первого 44 и второго 45 электроконтактов, а третий
41 светодиод подключен к трехпоэиционному переключателю 16 режимов работы двигателя.
Предлагаемая бенэогаэовая система питания двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом.
1. РЕЖИМ ЗАПУСКА ДВИГАТЕЛЯ
Перед Запуском двигателя трехпозиционный переключатель 16 режимов работы двигателя устанавливают в положение "Бензин". Затем двигатель запускают и прогревают в штатном режиме эксплуатации. При этом запорный электромагнитный клапан 15 закрыт, газ в двигатель не поступает. В то же время из бензобака 1 бензин с помощью электробен-зонасоса 2 через топливный фильтр 3 поступает к электромагнитным форсункам 6 и распыляется во всасывающем коллекторе 7. Управление работой электромагнитных форсунок б (на бензине) осуществляется электронным бортовым коммутатором (на чертеже не показан) в штатном режиме.
2. РЕЖИМ РАБОТЫ ПОД НАГРУЗКОЙ
Работа на прогретом двигателе может осуществляться по желанию водителя в трех вариантах:
2.1. РАБОТА НА ЧИСТОМ БЕНЗИНЕ
Для перевода двигателя в режим работы на чистом бензине трех-поэиционный переключатель 16 режимов работы двигателя устанавливают в положение "Бензин". При этом запорный электромагнитный клапан 15 закрыт, газ в двигатель не поступает. В то же время из бензобака 1 бензин с помощью электробенэонасоса 2 через топливный фильтр 3 поступает к электромагнитным форсункам 6 и распыляется во всасывающем коллекторе 7. Управление работой электромагнитных форсунок 6 (на бензине) осуществляется электронным бортовым коммутатором (на чертеже не показан) в штатном режиме как на холостом ходу, так и при работе под нагрузкой.
2.2. Работа на чистом газе
Для перевода двигателя в режим работы на чистом rase трехпоэи-ционный переключатель 16 устанавливают в положение "ГАЗ". При этом электробенэонасос 2 отключается, подача бензина к двигателю прекращается. В то же время сжиженный газ из газового баллона 9 через запорно-расходный вентиль 10, через первый фильтр 14 и через открытый запорный электромагнитный клапан 15 поступает в теплообменник-испаритель 17, где сжиженный газ нагревается и переходит в паровую фазу (газообразное состояние). Затем газ поступает в одноступенчатый редуктор 19, где его давление понижается до величины, обеспечивающей устойчивую работу двигателя на всех режимах. Далее газ через фильтр-отстойник 20 поступает в пневмораспределитель 21 и затем во входной канал 46 первого дозатора 24 дозирующего устройства 23. При этом часть газа независимо от положения профилированной иглы 29 (см. Фиг.2) проходит мимо винта регулировки холостого хода 30 и через канал холостого хода 47 поступает в выходной канал 48. Регулировка подачи газа при работе на холостом ходу производится с помощью винта регулировки холостого хода 30.
При нажатии на педаль газа поворачивается дроссельная заслонка 35 и связанный с ней рычаг 34, который через приводной тросик 33, сжимая пружину 37 перемещает профилированную иглу 29, открывая основной канал подачи газа к двигателю. При этом количество подаваемого в двигатель газа определяется положением профилированной иглы 29, зависящим от угла поворота дроссельной заслонки 35.
2.3. РАБОТА НА СМЕСИ "БЕНЗИН + ГАЗ"
Для перевода двигателя в режим работы на смеси "БЕНЗИН + ГАЗ" трехпозиционный переключатель 16 устанавливают в положение "БЕНЗИН + ГАЗ". При этом из бензобака 1 бензин с помощью электробензонасоса 2 через топливный фильтр 3 поступает к электромагнитным форсункам б и
распыляется во всасывающем коллекторе 7.
В то же время сжиженный газ из газового баллона 9 через запор-но-расходный вентиль 10, через первый фильтр 14 и через открытый запорный электромагнитный клапан 15 поступает в теплообменник-испаритель 17, где сжиженный газ нагревается и переходит в паровую фазу. Затем газ поступает в одноступенчатый редуктор 19, где его давление понижается до величины, обеспечивающей устойчивую работу двигателя на всех режимах. Далее газ через фильтр-отстойник 20 поступает в пневмораспределитель 21 и затем во входной канал 46 второго дозатора 25 дозирующего устройства 23. При этом часть газа независимо от положения профилированной иглы 29 (см. Фиг.2) проходит мимо винта регулировки холостого хода 30 и через канал холостого хода 47 поступает в выходной канал 48. Как и в предыдущем варианте регулировка подачи газа при работе на холостом ходу производится с помощью винта регулировки холостого хода 30.
При этом штатный бортовой коммутатор, управляющий работой элек-тромагниитных форсунок б, в режиме холостого хода отключает подачу бензина к двигателю, подача бензина производится только при работе двигателя под нагрузкой.
Следует отметить, что сечение проходного отверстия в корпусе второго дозатора 25 существенно меньше аналогичного сечения проходного отверстия в корпусе первого дозатора 24, что позволяет значительно снизить расход газа в данном режиме по сравнению с режимом работы на чистом газе.
При нажатии на педаль газа (на чертеже не показана) поворачивается дроссельная заслонка 35 и связанный с ней рычаг 34, который через приводной тросик 33, сжимая пружину 37, перемещает профилированную иглу 29, открывая основной канал подачи газа к двигателю.
При этом количество подаваемого в двигатель газа определяется положением профилированной иглы 29, зависящим от угла поворота дроссельной заслонки 35.
Во всех режимах работы двигателя происходит постоянная индикация соответствующих режимов с помощью светодиодов 39, 40, 41, выведенных на панель управления.
Предлагаемая система питания ДВС может быть использована как с инжекторными, так и с карбюраторными ДВС.
Использование предлагаемой полезной модели позволяет:
1. Существенно повысить надежность работы системы питания ДВС путем упрощения ее конструкции за счет сокращения количества газопроводов, а также повышения надежности работы газового баллона и высоконапорной части газопровода.
2. Существенно расширить диапазон работы ДВС под нагрузкой за счет обеспечения работы ДВС в этом режиме на чистом газе.
3. Существенно повысить эффективность использования бензога-зовой системы питания ДВС путем улучшения экологических показателей работы ДВС.
4. Существенно сократить затраты на жидкое моторное топливо, поскольку накопленный опыт эксплуатации ДВС в режиме двухтопливной смеси с использованием предлагаемой полезной модели показал возможность достижения суммарной экономии топлива до 30% и выше.