Спосіб живлення двигуна внутрішнього згоряння та система для його реалізації

1. Способ питания двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в подготовке топливовоздушной смеси, подаче ее в цилиндры двигателя, утилизация топливного конденсата путем сбора топливной пленки, ее испарения и подаче паров топлива в поток топливовоздушной смеси, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что топливный конденсат утилизируют а зависимости от режимов работы двигателя путем подогрева топливной пленки от различных источников тепла, причем в режиме запуска и прогрева двигателя топливную пленку испаряют путем подогрева от внешнего источника тепла, в периоды работы двигателя на холостом ходу и при нагрузке пленку испаряют путем подогрева выхлопными газами, причем на последнем режиме парытоплива подают в поток топливовоздушной смеси в количестве, пропорциональном количеству последней, подаваемой из карбюратора, а при средних и больших нагрузках пары топлива подают в количестве, обеспечивающем обеднение топливовоздушной смеси до соотношения 1:18-20. 2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что в качестве внешнего источника теп ловой энергии использован источник электрического тока. 3. Система питания для двигателя внутреннего сгорания, содержащая впускной трубопровод, выполненный с разветвлением, магистраль подачи топлива в карбюратор, испаритель топлива, сообщенный каналом с зоной разветвления, дроссельную заслонку с приводным рычагом, кинематически связанную с педалью акселератора, накопительную емкость, причем в зоне разветвления выполнены топливосборные канавки, сообщенные каналом с накопительной емкостью, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что система снабжена дополнительным испарителем топлива, выполненным в виде чашеобразного тигля и сообщенным с испарителем топлива, накопительная емкость снабжена регулятором уровня жидкости и сообщена каналом с магистралью подачи топлива в карбюратор и двумя отдельными каналами соответственно с испарителем и дополнительным испарителем топлива, а зона разветвления выполнена в виде камеры, на днище которой установлена мелкоячеистая защитная сетка, причем в зоне разветвления в конце канала, сообщающего п о с л е д н ю ю с и с п а р и т е л я м и , установлена парораспределительная форсунка, а в каналах, сообщающих накопительную емкость с испарителями - запорная арматура, причем в конце канала, сообщающего накопительную емкость с испарителем, установлен регулируемый клапан, кинематически связанный с приводным рычагом дроссельной заслонки. 4. Система по п.З, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что в качестве запорной арматуры использованы электромагнитные клапаны. С > сл ел 00 со о 15583 Изобретение относится к машиноканалом с накопительной емкостью, согласстроению, в частности к системам питано изобретению снабжена дополнительным ния двигателя внутреннего сгорания испарителем топлива, выполненным в виде преимущественно при движении автомобичашеобразного тигля и сообщенным с испаля в населенных пунктах. 5 рителем топлива, накопительная емкость снабжена регулятором уровня жидкости и В основу изобретения поставлена задасообщена каналом с магистралью подачи ча усовершенствования способа питания топлива в карбюратор и двумя отдельными двигателя внутреннего сгорания и системы каналами соответственно с испарителем и для его реализации, в котором, благодаря рациональному режиму утилизации топлив- 10 дополнительным испарителем топлива, а зона разветвления выполнена в виде камеры, ного конденсата, образующегося из топливна днище которой установлена мелкояченой пленки и капель топлива, вводимого в истая защитная сетка, причем в зоне разветобщий поток топливовоздушной смеси в завления в конце канала, сообщающего висимости от режима работы двигателя, обеспечивается определенное соотношение 15 последнюю с испарителями, установлена парораспределительная форсунка, а в канакомпонентов в смеси, исключается переоболах, сообщающих накопительную емкость с гащение смеси, что снижает токсичность отиспарителями - запорная арматура, причем работанных газов и повышает моторесурс в конце канала, сообщающего накопительдвигателя. ную емкость с испарителем, установлен реПоставленная задача решается тем, что 20 гулируемый клапан, кинематически в способе питания двигателя внутреннего связанный с приводным рычагом дроссельсгорания, заключающемся в подготовке топной заслонки. ливоооздушной смеси, подаче ее в цилиндры двигателя, утилизации топливного Причем, согласно изобретению, в качеконденсата путем сбора топливной пленки, 25 стве запорной арматуры использованы ее испарения и подаче паров топлива в поэлектромагнитные клапаны. ток топлиеовоздушной смеси, согласно изоНа фиг.1 приведена схема части систебретению топливный конденсат мы питания топливовоздушной смесью двиутилизируют в зависимости от режимов рагателя внутреннего сгорания с условными боты двигателя путем подогрева топливной 30 изображениями отдельных узлов и элеменпленки от различных источников тепла, притов, кинематическими и технологическими чем в режиме запуска и прогрева двигателя связями по материальным потокам в труботопливную пленку испаряют путем подогрепроводах и каналах. На фиг.2 изображен ва от внешнего источника тепла, в периоды узел сбора топливного конденсата из текуработы двигателя на холостом ходу и при 35 щей по стенкам трубопровода топливной нагрузке пленку испаряют путем подогрева пленки и отдельных капель топлива, совмевыхлопными газами, причем на последнем щенный с зоной деления впускного трубопрежиме пары топлива подают в поток топлировода и узлом ввода паров собранного вовоздушной смеси в количестве, пропорциконденсата, на базе автомобиля ВАЗ-2101, ональном количеству последней, 40 аксонометрия, упрощенный вид (для наподаваемой из карбюратора, а при средних глядности днище камеры, образованной в и больших нагрузках пэры топлива подают в зоне деления впускного трубопровода, усколичестве, обеспечивающем обеднение ловно показано плоским. В действительнотопливовоздушной смеси до соотношения сти днище этой камеры выполнено с 1 :(18—20). Причем, согласно изобретению, в 45 уклонами, обеспечивающими, наиболее благокачестве внешнего источника тепловой приятные условия для стекания собираемого энергии использован источник электричетопливного конденсата по каналам 14 в накоского тока. пительную емкость 15). На фиг.З изображен узел испарителей собран ного топливного конПоставленная задача решается тем, что денсата; на фиг.4- вид слева на фиг.З, разрез; система литания для двигателя внутреннего 50 на фиг.5 - принципиальная электрическая сгорания, реализующая заявленный способ, схема управления частью системы питания содержащая впускной трубопровод, выполдвигателя внутреннего сгорания, приведенненный с разветвлением, магистраль поной на фиг.1. дачи топлива в карбюратор, испаритель топлива, сообщенный каналом с зоной раз- 55 Согласно изобретению способ питания ветвления, дроссельную заслонку с приводтопливовоздушной смесью двигателя внутным рычагом, кинематически связанную с реннего сгорания предполагает проведение педалью акселератора, накопительную емследующих операций (действий) в следуюкость, причем в зоне разветвления выполнещей последовательности и при указанных ны топливосборные канавки, сообщенные условиях. 15583 этой смеси в блок цилиндров, узел отбора из При этом подготовка топливовоздушной блока цилиндров отработанных газов, узел смеси для двигателя внутреннего сгорания улавливания конденсата, образующегося из производится известным способом в карбютекущей по стенкам впускного трубопровораторе. Снабжение двигателя горючей смесью также производится известным спо- 5 да топливной пленки)дополнительные узлы: узел сбора топливного конденсата из крупсобом путем деления общего потока в каменых капель топлива, осевших в зоне деления ре 8 между цилиндрами. топливовоздушной смеси, узел накопления 1. При всех режимах работы двигателя собранного конденсата, узел дозированной топливный конденсат улавливают а камере 8 путем сбора топливной пленки кольцевыми 10 подачи топливного конденсата на испарение, узел испарителей, комбинированный, топливосборниками 12 (см. фиг.2) и крупных новой конструкции, узел подачи паров конкапель из общего потока топлиаовоздушной денсата в общий поток топливовоздушной смеси с помощью мелкоячеистой сетки 13, смеси и равномерного распределения этих уложенной в несколько рядов на днище камеры 8. 15 паров в общем потоке, узел управления, а также сеть соединительных трубопроводов 2. При этом собранный конденсат постои каналов (см.фиг.1,2,3,4). янно направляют в специальную накопительную емкость с регулируемым уровнем Узел подготовки топливовоздушной жидкости. смеси содержит воздушный фильтр 1 с воз3. В зависимости от режима работы дви- 20 душной заслонкой 2, установленной на пути следования воздушного потока в карбюрагателя собранный топливный конденсат тор 3, а также дроссельную заслонку 4, устаподают на испарение в один из двух испариновленную на выходе готовой телей, работающих независимо друг от друтопливовоздушной смеси из карбюратора 3. га на разных теплоносителях 3.1. В период подготовки к запуску со- 25 Топливо поступает из топливного бака 5 по трубопроводу 6 подачи топлива к карбюрабранный конденсат подают на первый испатору 3. На трубопроводе 6 установлен топлиритель с внешним источником тепловой воподкачивающий насос 7. энергии, например электроэнергии. Затем включают двигатель и прогревают его. Узел подачи топливовоздушной смеси в 3.2. По достижении на испарителе опре- ЗОблок цилиндров содержит камеру 8 деления потока топливовоздушной смеси по отдельделенной температуры, например 210— ным цилиндрам (не показаны). Камера 8 об230°С и переходе на рабочие режимы разована участком впускного трубопровода двигателя собранный конденсат из накопипосле карбюратора 3 с ответвлениями 9 к тельной емкости подают на второй испаритель с использованием тепла отработанных 35 каждому цилиндру. газов. Узел отбора отработанных газов из бло3.2.1. Основным условием подачи сока цилиндров содержит выпускной коллекбранного конденсата во второй испаритель тор 10 и приемную трубу 11 глушителя. является выполнение соотношения между Узел улавливания конденсата топлива, количеством топливовоздушной смеси в ос- 40 образующегося как из топливной пленки, новном потоке и количеством паров кондендвижущейся по стенкам впускного трубопсата, содержащего тяжелые фракции ровода, так и из крупных капель из общего топлива и высокооктановые компоненты в потока топливовоздушной смеси, содержит качестве антидетонатора, например тетракамеру, совмещенную с камерой 8 узла поэтилсвинец (ТЭС). Это соотношение между 45 дачи, в которой выполнены топливосборнидвумя потоками определяется величиной ки в виде кольцевых выточек 12 в теле впунагрузки на двигатель. При этом на средних скного трубопровода на выходе из камеры 8 и больших нагрузках обеспечивают обеднев цилиндры двигателя (см.фиг.2) для сбора ние топливовоздушной смеси, не допуская движущейся топливной пленки. Для улавлипереобогащения этой смеси на других режи- 50 вания капель топлива днище камеры покрымах. то мелкоячеистой сеткой 13 в несколько слоев. 4. Из испарителей пары топливного конденсата подают в зону деления основного Для создания благоприятных условий потока топливовоздушной смеси, равномердля стекания собранного конденсата по кано распределяя эти пары в общем потоке, 55 налам 14 днище камеры 8 выполнено с соответствующими уклонами (на фиг.2 условно Предлагаемая система для реализации не показаны). способа питания топливовоздушной смесью двигателя внутреннего сгорания содержит Узел накопления собранного конденсакроме общеизвестных узлов (узел подготовта и дозированной выдачи его содержит наки топливовоздушной смеси, узел подачи копительную емкость 15 с регулятором 15583 8 уровня жидкости в ней, например поплавния и содержит индикатор 35 температуры ком, и каналом 16 сброса излишков жидкого теплоносителя на испарителе, реле 36 в цетоплива в основной трубопровод 6 подачи пи подогрева первого испарителя 24, две топлива в карбюратор 3. Дозированная высигнальные лампочки 37 и 38 о положении дача собранного топливного конденсата из 5 запорной арматуры на каналах подачи коннакопительной емкости 15 производится чеденсата в испарители, контакты 39 и 40 в рез фильтр 17 и подкачивающий насос 18 с цепи управления запорной арматуры 23 и 21 регулирующим клапаном давления по колна каналах соответственно 22 и 20 подачи лектору 19. который разветвляется на два конденсата в испарители, контакт 41 управканала' первый канал 20 с запорным клала- 10 ления реле в цепи питания электронагреватеном 21 и второй канал 22 с запорным клапаля испарителя 24, рукоятку 42 управления ном 23. воздушной заслонкой 2 карбюратора, а также запорными клапанами 21 и 23 и электроисУзел испарителей содержит даа испарипарителем. Т.е. рукоятка 42 кинематически теля собранного топливного конденсата, посвязана с контактами 39, 40, 41. ступающего из емкости 15, с различными 15 источниками тепловой энергии: первый исПитание электроэнергией предлагаепаритель 24 с электроподогревом и второй мой системы осуществляется от аккумулятоиспаритель 25 с подогревам от отработавра 43 через замок 44 зажигания. дшх выхлопных газов. Работа системы, реализующей предлаПервый испаритель 24 (см, фиг.З) содер- 20 гаемый способ питания топливовоздушной смесью двигателя внутреннего сгорания, жит чашеобразный тигель 26 с электропоосуществляется следующим образом. догревом, установленный под выходным отверстием первого канала 20 подачи топФактически работают две системы паливного конденсата из накопительной емкораллельно: сти 15. 25 - основная система питания с традиционным способом подготовки и подачи топВторой испаритель 25 выполнен в виде ливовоздушной смеси в цилиндры двикамеры, образованной участком приемной гателя, и трубы 11 глушителя и кожухом 27, например в виде системы "трубу в трубе" (см.фиг.3). - вспомогательная система, утилизируДля улучшения условий испарения на повер- 30 ющая конденсат топлива, который образуетхности трубы 11 могут быть выполнены реся из топливной пленки, текущей по стенкам бра 28. впускного трубопровода, и из крупных капель топлива в основном потоке топливоКонденсат топлива из накопительной воздушной смеси, оседающих в зоне емкости поступает во второй испаритель чеделения впускного трубопровода на днище рез регулирующий клапан 29, например 35 камеры 8, покрытой мелкоячеистой многожиклер(см.фит.3и4), кинематически связанслойной сеткой 13. ный с дроссельной заслонкой 4, Во втором испарителе 25 предусмотрен Описание работы будет относиться в осконтроль температуры с помощью датчика новном к работе системы по утилизации кон30. 40 денсата топлива. Выход паров конденсата из испаритеТопливная пленка, содержащая в основлей производится через трубопровод 31 неном тяжелые фракции топлива и добавки посредственно в зону деления основного антидетонатора (например ТЭС) и текущая патока топливовоздушной смеси в камере 8, по стенкам впускного трубопровода, попаВвод трубопровода 31 в камеру 8 осуществ- 45 дает в топливосборники 12 в виде кольцевых лен через отверстие в теле впускного трувыточек в теле впускного трубопровода, расбопровода на уровне днища камеры 8, по положенных между карбюратором 3 и цикоторому над защитной сеткой 13 размещелиндрами двигателя. В этой же части на парораспределительная форсунка 32 (см. впускного трубопровода, образующего кафиг 2) с двумя рядами отверстий для выхода 50 меру 8 с защитной мелкоячеистой сеткой 13 паров топлива и равномерного распределена ее днище, происходит улавливание крупния их в общем потоке топливовоздушной ных капель топлива из общего потока готовой смеем, поступающей в цилиндры двигателя. топливовоздушной смеси. Образующийся конденсат из топливной пленки и крупных Кроме того, накопительная емкость 15 и камера 8 соединены каналом 34 для вырав- 55 капель из камеры В по каналам 14 подают в накопительную емкость 15 с регулируемым нивания разрежения уровнем жидкости. Излишки собранного Узел управления обеспечивает контроль конденсата по каналу 16 сбрасывают через и управление за работой предлагаемой систрубопровод б в карбюратор 3. темы питания двигателя внутреннего сгора 15583 10 первого испарителя. Образующиеся при В зависимости от режима работы двигаэтом из топливного конденсата пары постутеля производят отбор собранного в емкопают по трубопроводу 31 в камеру 8 через сти 15 топливного конденсата для парораспределительную форсунку 32. Выхоиспарения в двух испарителях 24 и 25. работающих независимо друг от друга и на раз- 5 дя из отверстий 33 в корпусе форсунки 32, пары из топливного конденсата равномерно ных теплоносителях. распределяются в основном потоке топливИз испарителей пары топлива поступаной смеси, обогащая ее в определенных преют в камеру 8 по каналу 31 и равномерно делах в зависимости от нагрузки. распределяются в основном потоке топливовоздушной смеси при помощи специаль- 10 2. Запуск и прогрев двигателя. ной парораспределительной форсунки 32. Запускают двигатель, например стартером, и в зависимости от температуры окруТак как количество паров, полученных жающего воздуха через 5-7 минут (при этом из собранного топливного конденсата, потемпература на блоке испарителей должна ступающее из испарителей в общий поток топливо в оэ душ ной смеси, определяется в 15 быть 210-230°С) воздушную заслонку 2 открывают полностью при помощи рукоятки однозначной зависимости от количества 42 (см. фиг. 1,5). Кинематически связанные с смеси в общем потоке, то переобогащения рукояткой 42 контакт 41 в цепи питания топливовоздушной смеси не происходит, за электронагревателя первого испарителя 24 исключением некоторых режимов работы двигателя, когда это необходимо. Это дости- 20 и контакт 39 в цепи управления электроприводом запорного клапана 21 размыкаются и гается за счет кинематической связи дроспрекращается нагрев первого испарителя сельной заслонки 4 и регулирующего клапана 29 на входе конденсата во второй 24 топливного конденсата, а,запорный клаиспаритель 25, а также соответствующим пан 21 полностью перекрывает канал 20 профилем регулирующего органа клапана 25 подачи собранного конденсата в первый ис29. паритель. Одновременно с этим замыкается конРассмотрим работу предлагаемой систакт 40 в цепи управления электроприводом темы при различных режимах работы двигазапорного клапана 23; клапан 23 открываеттеля. 1. Подготовка двигателя внутреннего 30 ся и по каналу 22 собранное топливо (топливный конденсат) из накопительной сгорания к запуску. емкости 15 поступает на второй испаритель Перед запуском двигателя почти полностью прекращают подачу воздуха в карбю25 через кинематически связанный с дросратор 3, при этом воздушная заслонка 2 сельной заслонкой 4 регулирующий клапан закрыта на 85-90%. Так как положение воз- 35 29 (жиклер 29) с переменным профилем, душной заслонки 2 определяется положенипозволяющим на разных нагрузках обеспеем рукоятки 42, с которой кинематически чивать оптимальное соотношение компосвязаны контакты 39, 40 и 41 в цепях управнентов в топливовоздушной смеси, не ления запорной арматурой и в цепи питания допуская ее переобогащения. Таким обраэлектронагревателя первого испарителя 40 зом, во второй испаритель 25, в котором в (см. фи г. 5), при таком положении воздушной качестве теплоносителя используется тепло заслонки 2 (закрыта на 85-90%) контакт 41 отработавших газов, поступает собранный в цепи питания электронагревателя испариконденсат в количестве, определяемом котеля 24 замкнут и происходит нагрев чашеличеством топливовоздушной смеси, подаобразного тигля 26 первого испарителя (см. 45 ваемой в цилиндры двигателя через фиг.З). дроссельную заслонку 4, и профилем регулирующего органа клапана 29, Через некоторое время, определяемое практически в зависимости от температуры Благодаря развитой поверхности испавоздуха, например через 60-80 секунд, полрения за счет выполнения на ней ребер 28 ностью перекрывают поступление воздуха в 50 испарение собранного конденсата во втокарбюратор при помощи воздушной заслонром испарителе происходит интенсивно. ки 2, изменяя положение рукоятки 42. При Поступающие через парораспределиэтом замыкается контакт 39 в цепи управлетельную форсунку 32 пары из конденсата ния электроприводом запорного клапана 21 равномерно распределяются в общем потона первом канале 20 подачи собранного топ- 55 ке топливовоздушной смеси. ливного конденсата из накопительной емко3. Режим торможения. сти. Клапан 21 открывается и собранный в В режиме торможения двигателем, а накопительной емкости конденсат через также в режиме принудительного холостого топливный фильтр 17 насосом 18 подается хода работает только второй испаритель (на на уже нагретый чашеобразный тигель 26 первый испаритель собранный конденсат не 11 15583 поступает). При этих режимах работы воздушная заслонка 2 открыта полностью, дроссельная заслонка 4 закрыта на 97-98%, топливный конденсат, собранный в накопительной емкости 15, поступает на второй испаритель 25 через кинематически связанный с дроссельной заслонкой 4 регулирующий клапан 29. Из испарителя пары конденсата поступают в камеру 8 и смешиваются с общим потоком топливовоздушной смеси, обогащая ее в оптимальных пределах, не допуская переобогащения. 4. Режим частичных, средних и больших нагрузок. На этих режимах также работает только канал со вторым испарителем 25, причем при работе на средних и больших нагрузках обеспечивается обедненный состав горючей смеси. При всех режимах работы мелкоячеистая сетка 13 служит для препятствования выдувания движущимся основным потоком топливовоздушной смеси собирающегося на днище камеры 8 конденсата, а также для улавливания крупных капель топлива из основного потока топливовоздушной смеси, с целью утилизации конденсата топлива. Предлагаемое техническое решение по сравнению с прототипом [3] имеет следующие преимущества: 1} Более эффективное использование топлива за счет утилизации топливного конденсата, позволяющего достичь более рационального соотношения компонентов в топливовоздушной смеси на каждом из режимов работы двигателя, так как пары собранного топливного конденсата, включающего тяжелые фракции топлива и добавки-антидетонаторы (например ТЭС), вводятся в общий поток в зависимости от режима работы двигателя, при этом переобогащения смеси не допускается. 5 10 15 20 25 30 35 40 12 2) Снижение токсичности отработавших выхлопных газов также за счет исключения переобогащения топливовоздушной смеси на разных режимах работы двигателя, так как выдерживается определенное соотношение при вводе а общий поток топливовоздушной смеси паров утилизируемого конденсата. 3) Повышение моторесурса двигателя также за счет исключения переобогащения топливовоздушной смеси и более равномерного распределения ее по цилиндрам и циклам, и снижения тем самым нагэрообразования в цилиндрах и элементах поршневой группы. 4) По ориентировочным расчетам для "Жигулей" октановость горючей смеси возрастает на 30% и более за счет более полного использования тяжелой фракции топлива, кроме того, использование предлагаемого решения позволит поднять степень сжатия на 3,5-4 единицы, при этом КПД двигателя поднимается, а токсичность выхлопных газов уменьшится почти в 3 раза при увеличении моторесурса на 150-200%, а экономия топлива возрастет на 50%, Кроме того, использование предлагаемого технического решения позволит улучшить запуск холодного двигателя при низких температурах воздуха зимой, а также повторный запуск горячего двигателя. Как известно, при остановке двигателя с известными системами питания происходит интенсивное испарение топливной пленки со стенок впускного трубопровода, что приводит к вытеснению воздуха из поддроссельной части карбюратора и впускного трубопровода и к образованию переобогащенной незэгорающейся смеси, затрудняющей повторный запуск двигателя. В предлагаемом техническом решении такое явление исключено. 15583 15583 Фаг З 15583 Упорядник Замовлення 4191 Фиг 5 Техред М Моргентал Коректор О Кравцова Тираж Підписне Державне патентне відомство України 254655, ГСП, Киів-53, Львівська пл 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул Гагаріна 101