RU2199677C1

RU2199677C1 - Device to supply gaseous fuel into internal combustion engine

Info

Publication number: RU2199677C1
Application number: RU2001117992/06A
Authority: RU
Inventors: Н.П. Жеребчиков; В.А. Иванов; И.Г. Лачугин; В.И. Майбуров; В.С. Рачук
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие Конструкторское бюро химавтоматики
Priority date: 2001-07-02
Filing date: 2001-07-02
Publication date: 2003-02-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering; internal combustion engines. SUBSTANCE: proposed device comprises carburettor-mixer with air flow rate meter diffuser, throttle valve, intake manifold, reducer-evaporator and constant pressure regulator with above-diaphragm space communicating with atmosphere and under-diaphragm space, with spring-loaded valve. Above-diaphragm space of constant pressure regulator is connected through jet with-critical section of air flow rate meter diffuser. EFFECT: reduced fuel consumption and toxicity of exhaust gases, improved safety in operation. 1 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к устройствам для подачи газообразного топлива в двигатель внутреннего сгорания, и может быть использовано в системах питания автомобилей с карбюраторными двигателями, работающими как на жидком, так и на газообразном топливе. The invention relates to engine building, in particular to devices for supplying gaseous fuel to an internal combustion engine, and can be used in automobile power systems with carburetor engines operating both on liquid and gaseous fuels.

Автомобильный транспорт нашей страны продолжает развиваться: совершенствуется и видоизменяется, растет численность парка. Вместе с этим увеличиваются и затраты на жидкое автомобильное топливо. Поэтому мероприятия, направленные на сбережение жидких нефтепродуктов, необходимы. Automobile transport of our country continues to develop: it is being improved and modified, the number of parks is growing. Along with this, the cost of liquid automotive fuel is also increasing. Therefore, measures aimed at saving liquid petroleum products are necessary.

Одним из радикальных средств решения существующих проблем в области автомобильного транспорта является широкое применение сжиженных (смесь пропан и бутана) и сжатых (метан) углеводородных газов. Однако перевод двигателя внутреннего сгорания с жидкого моторного топлива на газообразное топливо сопровождается снижением мощности для сжиженного нефтяного и сжатого природного газа на 7-8 и 15-18% соответственно. При применении в двигателях внутреннего сгорания устройств, обеспечивающих возможность использования как жидкого, так и газообразного топлива, возникает проблема сохранения экономичности и снижения токсичности выхлопных газов. One of the radical means of solving existing problems in the field of automobile transport is the widespread use of liquefied (a mixture of propane and butane) and compressed (methane) hydrocarbon gases. However, the conversion of an internal combustion engine from liquid motor fuel to gaseous fuel is accompanied by a decrease in power for liquefied petroleum and compressed natural gas by 7-8 and 15-18%, respectively. When using devices in internal combustion engines that provide the possibility of using both liquid and gaseous fuels, the problem of maintaining efficiency and reducing toxicity of exhaust gases arises.

Известно устройство для подачи газообразного топлива в двигатель внутреннего сгорания, содержащее карбюратор-смеситель с диффузором измерителя расхода воздуха, дроссельную заслонку, входной коллектор, редуктор-испаритель, регулятор постоянного давления с надмембранной полостью, соединенной с атмосферой, и подмембранной - с подпружиненным клапаном (патент, Россия 2165539 от 20 апреля 2001 г., кл. 7 F 02 М 21/04, прототип). A device is known for supplying gaseous fuel to an internal combustion engine, comprising a carburetor mixer with a diffuser for an air flow meter, a throttle valve, an inlet manifold, a reducer evaporator, a constant pressure regulator with a supmembrane cavity connected to the atmosphere, and a submembrane one with a spring-loaded valve (patent , Russia 2165539 dated April 20, 2001, class 7 F 02 M 21/04, prototype).

Недостатком указанного устройства является то, что с увеличением режима работы, по мере открытия дроссельной заслонки от холостого хода и до максимальных нагрузок, давление газообразного топлива в подмембранной полости растет в зависимости от понижения разряжения в воздушной полости. Так как перепад давлений на воздушной мембране равен перепаду давлений во второй ступени, а давление на выходе постоянное, то перепад давлений во второй ступени увеличивается за счет увеличения давления в полости, что влияет на плотность и расход газа на малых и средних нагрузках, на экономичность и токсичность выхлопных газов двигателя. The disadvantage of this device is that with an increase in the operating mode, as the throttle valve opens from idle to maximum loads, the pressure of the gaseous fuel in the submembrane cavity increases depending on the decrease in vacuum in the air cavity. Since the differential pressure on the air membrane is equal to the differential pressure in the second stage, and the outlet pressure is constant, the differential pressure in the second stage increases due to an increase in pressure in the cavity, which affects the density and flow rate of gas at small and medium loads, on economy and engine exhaust toxicity.

Кроме того, в случае повреждения мембраны регулятора постоянного давления, газ через надмембранную полость, соединенную с атмосферой, будет попадать при работающем двигателе в моторный отсек. In addition, in case of damage to the membrane of the constant pressure regulator, gas through the supra-membrane cavity connected to the atmosphere will enter the engine compartment when the engine is running.

Задачей изобретения является улучшение экономичности при малых и средних режимах работы двигателя, снижение токсичности выхлопных газов и повышение безопасности эксплуатации регулятора постоянного давления. The objective of the invention is to improve the efficiency at small and medium engine operating conditions, reduce exhaust toxicity and increase the safety of operation of the constant pressure regulator.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для подачи газообразного топлива в двигатель внутреннего сгорания, содержащем карбюратор-смеситель с диффузором измерителя расхода воздуха, дроссельную заслонку, входной коллектор, редуктор-испаритель, регулятор постоянного давления с надмембранной полостью, соединенной с атмосферой, и подмембранной - с подпружиненным клапаном, согласно изобретению надмембранная полость регулятора постоянного давления через жиклер соединена магистралью с критическим сечением диффузора измерителя расхода воздуха. This object is achieved in that in a device for supplying gaseous fuel to an internal combustion engine containing a carburetor-mixer with a diffuser of an air flow meter, a throttle valve, an inlet manifold, a pressure reducer-evaporator, a constant pressure regulator with a membrane above the atmosphere and a membrane - with a spring-loaded valve, according to the invention, the supmembrane cavity of the constant pressure regulator is connected via a nozzle to a critical cross-section of the diffuser through a nozzle A flow rate.

Предложенное устройство для подачи газообразного топлива в двигатель внутреннего сгорания представлено на чертеже, где:
1 - редуктор-испаритель;
2 - мембрана управляющая;
3 - мембрана низкого давления;
4 - мембрана высокого давления;
5, 6, 11, 14, 26 - жиклер;
7, 15, 17, 27, 28 - магистраль;
8 - диффузор;
9 - карбюратор-смеситель;
10 - шток;
12, 16 - регулируемый дроссель;
13 - регулятор постоянного давления;
18 - форсунка;
19 - входной коллектор;
20, 21 - дроссельные клапаны;
22, 23 - пружины редуктора высокого и низкого давления соответственно;
24 - пружина регулятора постоянного давления;
25 - мембрана регулятора постоянного давления;
29 - дроссельная заслонка;
А - надмембранная полость yпpaвляющей мембраны;
В - подмембранная полость управляющей мембраны;
С - надмембранная полость мембраны низкого давления;
Д - подмембранная полость мембраны низкого давления;
Е - надмембранная полость мембраны высокого давления;
И - подмембранная полость мембраны высокого давления;
К - надмембранная полость регулятора постоянного давления;
Л - подмембранная полость с подпружиненным клапаном регулятора постоянного давления.The proposed device for supplying gaseous fuel to an internal combustion engine is shown in the drawing, where:
1 - gearbox-evaporator;
2 - control membrane;
3 - low pressure membrane;
4 - high pressure membrane;
5, 6, 11, 14, 26 - nozzle;
7, 15, 17, 27, 28 - highway;
8 - diffuser;
9 - carburetor mixer;
10 - stock;
12, 16 - adjustable throttle;
13 - constant pressure regulator;
18 - nozzle;
19 - input collector;
20, 21 - throttle valves;
22, 23 - springs of the gearbox of high and low pressure, respectively;
24 - a spring of a regulator of constant pressure;
25 - membrane regulator constant pressure;
29 - a butterfly valve;
A is the supranembrane cavity of the leading membrane;
B is the submembrane cavity of the control membrane;
C is the supmembrane cavity of the low-pressure membrane;
D - the submembrane cavity of the low-pressure membrane;
E - supra-membrane cavity of the high-pressure membrane;
And - the submembrane cavity of the high pressure membrane;
K is the supramembrane cavity of the constant pressure regulator;
L - a submembrane cavity with a spring-loaded valve of a constant pressure regulator.

Устройство содержит редуктор-испаритель 1, состоящий из управляющей мембраны 2, мембраны низкого давления 3 и мембраны высокого давления 4, причем полость А жиклером 5 соединена с атмосферой, а полость В жиклером 6 соединена с полостью С и магистралью 7 с диффузором 8 карбюратора-смесителя 9, при этом через неподвижную перегородку управляющая мембрана контактирует с мембраной низкого давления с помощью подвижного штока 10, полости С и Д соединены жиклером 11 и регулируемым дросселем 12 совместно с полостью Л регулятора постоянного давления 13, полость К которого через жиклер 14 соединена магистралью 15 с критическим сечением диффузора измерителя расхода воздуха, а полость Л через регулируемый дроссель 16, магистраль 17, форсунку 18 соединена с выходным коллектором 19 двигателя. Полости высокого и низкого давления редуктора-испарителя имеют дроссельные клапаны 20 и 21, которые через рычаги связаны с мембранами и сопряжены с пружинами 22 и 23. Дроссельный клапан 20 высокого давления нормально открыт, а дроссельный клапан 21 низкого давления нормально закрыт. Корпус регулятора постоянного давления разделен подпружиненной мембраной 25 на полость К и Л. Жиклер 26 и магистраль 27 соединяют полости С и Д с полостью Л регулятора постоянного давления. Газообразное топливо под давлением поступает в редуктор-испаритель 1 по магистрали 28. Расход воздуха регулируется дроссельной заслонкой 29. The device comprises a reduction gear-evaporator 1, consisting of a control membrane 2, a low-pressure membrane 3 and a high-pressure membrane 4, with the cavity A being connected by a nozzle 5 to the atmosphere, and the cavity B by the nozzle 6 being connected to the cavity C and line 7 with the diffuser 8 of the carburetor-mixer 9, while through the fixed partition the control membrane is in contact with the low-pressure membrane using a movable rod 10, the cavities C and D are connected by a nozzle 11 and an adjustable throttle 12 together with the cavity L of the constant pressure regulator 13, By spine through which the nozzle 14 is connected to manifold 15 to the throat of the diffuser air flow meter, and the cavity A via an adjustable throttle 16, line 17, the nozzle 18 is connected to the outlet manifold 19 of the engine. The high and low pressure cavities of the evaporator gearbox have throttle valves 20 and 21, which are connected via levers to the membranes and are connected to the springs 22 and 23. The high pressure throttle valve 20 is normally open, and the low pressure throttle valve 21 is normally closed. The housing of the constant pressure regulator is divided by a spring-loaded membrane 25 into the cavity K and L. The jet 26 and the line 27 connect the cavity C and D with the cavity L of the constant pressure regulator. Gaseous fuel under pressure enters the gearbox-evaporator 1 through line 28. The air flow is regulated by a throttle valve 29.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При запуске двигателя, когда дроссельная заслонка 29 карбюратора 9 закрыта, а коленчатый вал двигателя вращается в стартерном режиме, разрежение из входного коллектора 19 через форсунку 18 и регулятор постоянного давления 13, через жиклер 11 и регулируемый дроссель 12 поступит в полости С и Д мембраны 3. На жиклере 11, а следовательно, и на мембране 3 возникает перепад давления, под действием которого мембрана 3, преодолевая усилие пружины 23, приоткрывает клапан 21 и газообразное топливо поступит в подмембранную полость Д и далее через регулируемые дроссели 12 и 16 в полость Л, магистраль 17 и через форсунку 18 во входной коллектор 19 для запуска двигателя. Смесеобразование регулируется подачей воздуха через дроссельную заслонку 29. Разрежение, вызванное воздушным потоком в диффузоре 8 измерителя расхода воздуха, через магистрали 7 и 15 подается в полости В и К. Полость А через жиклер 5 сообщена с атмосферой. Разность давлений мeжду полостями А и В, действуя в направлении стрелки 1 на управляющую мембрану 2, перемещает шток 10, который в свою очередь воздействует на мембрану 3. When starting the engine, when the throttle valve 29 of the carburetor 9 is closed, and the crankshaft of the engine rotates in the starter mode, vacuum from the intake manifold 19 through the nozzle 18 and the constant pressure regulator 13, through the nozzle 11 and the adjustable throttle 12 will enter the cavity C and D of the membrane 3 On the nozzle 11, and therefore on the membrane 3, a pressure drop occurs under which the membrane 3, overcoming the force of the spring 23, opens the valve 21 and the gaseous fuel enters the submembrane cavity D and then through adjustable d Rosseli 12 and 16 in the cavity L, highway 17 and through the nozzle 18 into the input manifold 19 to start the engine. Mixture formation is regulated by the air supply through the throttle valve 29. The vacuum caused by the air flow in the diffuser 8 of the air flow meter is fed through the lines 7 and 15 to the cavities B and K. The cavity A is connected to the atmosphere through the nozzle 5. The pressure difference between the cavities A and B, acting in the direction of the arrow 1 on the control membrane 2, moves the rod 10, which in turn acts on the membrane 3.

Давление газа, поступающего по магистрали 28 в клапан 20 снижается до 0,7-0,9 кгс/см² и поддерживается в заданном диапазоне воздействием пружины 22 на мембрану 4.The pressure of the gas entering through the line 28 to the valve 20 is reduced to 0.7-0.9 kgf / cm ² and is maintained in a given range by the action of a spring 22 on the membrane 4.

Из полости Е газ через клапан 21 поступает в полость Д, далее через регулируемый дроссель 12, магистраль 27, регулятор 13 и магистраль 17 поступает на вход форсунки 18. Разность давлений ΔР_ДС поддерживается редуктором-испарителем равной разности давлений ΔР_АВ. При изменении режима работы двигателя, например с увеличением ΔР_АВ, указанное равенство первоначально нарушается и под действием избыточного давления на мембране 2 шток 10 перемешается в направлении стрелки, при этом увеличивается открытие клапана 21 и повышается давление в полости Д.From cavity E, gas through valve 21 enters cavity D, then through an adjustable throttle 12, line 27, regulator 13, and line 17 enters the nozzle 18. Pressure difference ΔР _{ДС is} maintained by a pressure reducer-evaporator equal to the pressure difference ΔР _АВ . When the engine operating mode changes, for example, with an increase in ΔР _AB , this equality is initially violated and under the influence of excess pressure on the membrane 2, the stem 10 is mixed in the direction of the arrow, while the opening of valve 21 increases and the pressure in the cavity D.

Одновременно на такую же величину уменьшается давление в полостях К и Л регулятора постоянного давления и, соответственно, в полостях С и Д второй ступени редуктора-испарителя, при этом перепад давлений на мембране 3 и регулируемом дросселе 12 соответственно возрастет на такую же величину, тем самым сохраняя давление в полости Д постоянным. Перемещение штока 10 и открытие клапана 20 происходит в этом случае до тех пор, пока расход газа через регулируемый дроссель 12 увеличится настолько, что величина ΔР_ДС снова станет равной ΔР_АВ. При достижении ΔP_ДС = ΔP_AB при постоянном давлении Р_С механизм редуктора снова приходит в равновесное состояние, то же, но в обратном порядке, происходит при уменьшении величины ΔР_АВ.At the same time, the pressure in the cavities K and L of the constant pressure regulator and, accordingly, in the cavities C and D of the second stage of the gearbox-evaporator decreases by the same amount, while the pressure drop across the membrane 3 and the adjustable throttle 12 will accordingly increase by the same amount, thereby keeping pressure in cavity D constant. The movement of the rod 10 and the opening of the valve 20 occurs in this case until the gas flow rate through the adjustable throttle 12 increases so that the value ΔР _ДС again becomes equal to ΔР _АВ . Upon reaching _DS ΔP = ΔP _AB at a constant pressure P _C reducer mechanism comes back to the equilibrium state, the same, but in reverse, it takes place with decreasing? P _AB.

Claims

A device for supplying gaseous fuel to an internal combustion engine, comprising a carburetor-mixer with a diffuser of an air flow meter, a throttle valve, an intake manifold; a pressure reducer-evaporator, a constant pressure regulator with a supmembrane cavity connected to the atmosphere, and a submembrane one with a spring-loaded valve, characterized in that the supmembrane cavity of the constant pressure regulator is connected via a nozzle to the critical cross-section of the diffuser of the air flow meter.